2. 1. El átomo
El átomo, estructura eléctrica formada por la agrupación de partículas
elementales. Diferenciaremos dos partes fundamentales:
El núcleo, de carga positiva y con toda la masa atómica concentrada en él.
La corteza, constituida por electrones, exenta de masa.
Todo átomo es neutro desde el punto de vista eléctrico, la carga de los
electrones de la corteza es igual a la carga del núcleo. El núcleo está formado
por protones y neutrones (nucleones); los primeros aportan la carga, y su
número coincide con el número atómico, Z.

3. En relación a la composición del núcleo, los átomos se denominan:
Isótopos: tienen el mismo número de protones y distinto de neutrones.
Isótonos: tienen el mismo número de neutrones y distinto de protones.
Isóbaros: tienen el mismo número másico.
El comportamiento del átomo en los problemas técnicos que debemos tratar
reside primordialmente en los electrones corticales y, de estos, en los
periféricos.
En la corteza del átomo existen niveles energéticos y los electrones pueden
ocuparlos. Los saltos electrónicos de un nivel inferior a uno superior o
viceversa se traducen en absorciones o emisiones de energía,
respectivamente.

4. La estructura electrónica de los átomos son bastante complejos, las ideas
básicas son las siguientes:
1. Existen 7 niveles de energía o capas donde pueden situarse los electrones,
numerados del 1, el más interno, al 7, el más externo.
2. A su vez, cada nivel tiene sus electrones repartidos en distintos subniveles,
que pueden ser de cuatro tipos: s, p, d, f.
3. En cada subnivel hay un número determinado de orbitales que pueden
contener, como máximo, 2 electrones cada uno. Así, hay 1 orbital tipo s, 3
orbitales p, 5 orbitales d y 7 del tipo f. De esta forma el número máximo de
electrones que admite cada subnivel es: 2 en el s; 6 en el p (2 electrones x 3
orbitales); 10 en el d (2 x 5); 14 en el f (2 x 7).

5. La distribución de orbitales y número de electrones posibles en los 4 primeros
niveles se resume en la siguiente tabla:
Ver vídeo en:
concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva.../atomo/celect
ron.htm

6. 1.1. Estructura electrónica y reactividad química
Las propiedades químicas de los átomos dependen de la reactividad de sus
electrones más externos. Los más estables y menos reactivos son los gases
nobles.
A. Elementos electropositivos y electronegativos
Los elementos electropositivos son metálicos por naturaleza y ceden
electrones en las reacciones químicas para producir iones positivos o cationes.
El número de electrones cedidos por un átomo es representado por un número
de oxidación positivo (grupos I A y II A)de la tabla periódica.
Los elementos electronegativos son no metálicos y aceptan electrones en las
reacciones químicas para producir iones negativos o aniones. El número de
electrones aceptados se representa por un número de oxidación negativo
(grupos VI A y VII A) de la tabla periódica.

7. B. Electronegatividad
La electronegatividad es la capacidad de un átomo para atraer electrones
hacia sí. La tendencia de un átomo a mostrar un comportamiento
electropositivo o electronegativo puede cuantificarse asignando a cada
elemento un número de electronegatividad, que se mide en una escala desde 0
hasta 4,1. Los elementos menos electronegativos son los valores entre 0,9 y
1,0. Los más electronegativos son de 4,1, 3,5 y 3,1

8. 1.2. Tipos de enlaces atómicos y moleculares
Los átomos en estado enlazado se encuentran en unas condiciones
energéticas más estables que cuando están libres. Los enlaces pueden
dividirse en: enlaces fuertes o primarios y enlaces débiles o secundarios.
Los enlaces atómicos son los enlaces iónicos, covalentes, metálicos y
moleculares.

9. 1. Enlaces iónicos. Fuerzas interatómicas debidas a la transferencia de un
electrón de un átomo a otro, se producen iones unidos por fuerzas
coulombianas (atracción de iones cargados positiva y negativamente). Un
enlace relativamente fuerte. Se forma entre átomos muy electropositivos
(metálicos) y átomos muy electronegativos (no metálicos). Se transfieren los
electrones desde los elementos electropositivos a los electronegativos,
produciendo cationes cargados positivamente y aniones cargados
negativamente

10. 2. Enlaces covalentes. Fuerzas interatómicas creadas por la compartición de
electrones. El enlace covalente se forma entre átomos con pequeñas
diferencias de electronegatividad. Los átomos, comparten sus electrones
externos. En un enlace covalente sencillo, cada uno de los dos átomos
contribuye con un electrón a la formación del par de electrones de enlace. En
el enlace covalente se pueden formar enlaces múltiples.

11. 3. Enlaces metálicos. Fuerzas interatómicas creadas mediante la
compartición de electrones deslocalizados para formar un enlace fuerte no
direccional entre los átomos. En metales en estado sólido, los átomos se
encuentran empaquetados en una ordenación sistemática o estructura
cristalina. Los átomos están tan juntos que sus electrones externos de
valencia son atraídos por los núcleos de sus átomos vecinos. Como
consecuencia, los electrones de valencia no están asociados a un núcleo único
y se extiendan entre los átomos en forma de una nube electrónica
Los electrones de valencia están débilmente enlazados a los núcleos de iones
positivos y pueden moverse con relativa facilidad dentro del metal cristalino.

12. 4. Enlaces moleculares se producen en moléculas bipolares y pueden ser del
tipo dipolo permanente o dipolo inducido.
Enlaces de dipolo permanente. Se forman entre moléculas que poseen
dipolos permanentes.
Enlaces de dipolo inducido. Se llama inducido debido a que la densidad
electrónica está continuamente cambiando con el tiempo.

13. 1.3. Estructura cristalina
La estructura física de los sólidos es consecuencia de la disposición de los
átomos, moléculas e iones en el espacio, así como de las fuerzas de
interconexión entre ellos. Si esta distribución espacial se repite, tiene
estructura cristalina. Los metales, aleaciones y determinados materiales
cerámicos tienen estructura cristalina.
La ordenación atómica en los sólidos se representa situando los átomos en el
origen de una red tridimensional, que se denomina retículo espacial.
Una estructura cristalina o, se puede definir como una repetición en el espacio
de celdas unitarias. El volumen y la orientación espacial de cada celda unitaria
vienen caracterizados por: tres vectores, a, b, c, que convergen en un punto
común o vértice y tres ángulos, α, β y γ

14. 2. Propiedades mecánicas de los materiales y su medida
Las propiedades mecánicas de los materiales definen el comportamiento de
los metales en su utilización industrial.
Elasticidad: capacidad que tienen los materiales de recuperar la forma
primitiva cuando cesa la carga que los deforma. Si se rebasa el límite
elástico, la deformación es permanente.
Plasticidad: capacidad que tienen los materiales de adquirir deformaciones
permanentes sin llegar a la rotura. Cuando se presenta en forma de láminas,
se denomina maleabilidad y, si se presenta en forma de filamentos,
ductilidad.
Cohesión: resistencia que ofrecen los átomos a separarse y depende del
enlace de estos.
Dureza: es la mayor o menor resistencia que oponen los cuerpos a ser
rayados o penetrados y depende de la cohesión atómica.

15. Tenacidad: capacidad de resistencia a la rotura por la acción de fuerzas
exteriores.
Fragilidad: propiedad opuesta a la tenacidad.
Resistencia a la fatiga: resistencia que ofrece un material a los esfuerzos
repetitivos.
Resiliencia: energía absorbida en una rotura por impacto.

16. 2.1. Clasificación y tipos de ensayos de medida
Los ensayos industriales realizados para determinar las características
técnicas de los materiales pueden clasificarse

18. 2.2. Deformaciones elásticas y plásticas
Cuando sometemos un material a una tensión, se deforma. Si al cesar la fuerza
recupera sus dimensiones, ha experimentado una deformación elástica.
No debemos confundir deformaciones plásticas y elásticas con materiales
plásticos y elásticos.

19. 2.3. Tensión y deformación
Consideremos una varilla cilíndrica de longitud lo y una sección Ao sometida a
una tensión uniaxial F de tracción. Tensión σ (sigma) cociente entre la fuerza
de tracción uniaxial F y la sección transversal Ao de la varilla:
La unidad de tensión en el Sistema Internacional es el pascal: 1 Pa = 1 N/m².

20. Cuando se aplica a una varilla una fuerza de tracción uniaxial, se provoca un
alargamiento o elongación de esta en la dirección de la fuerza. Este
desplazamiento se llama deformación. (ε) (épsilon) es el cociente entre el
cambio de longitud en la dirección de la fuerza y la longitud original.
donde:
lo = longitud inicial de la muestra.
l = nueva longitud de la muestra después de haber sido alargada por una
fuerza de tracción uniaxial.
∆l = variación de la longitud de la muestra.
La unidad para la deformación en el Sistema Internacional es metro partido
por metro (m/m). La deformación resulta una magnitud adimensional. Es
habitual convertir la deformación en un porcentaje de deformación o
porcentaje de alargamiento:
% deformación = Deformación · 100 = % alargamiento

21. Ley de Hooke
Existen materiales en los que la relación entre tensión (σ) y alargamiento (ε)
es constante. Se dice que estos materiales cumplen la ley de Hooke.
σ1/ε1 = σ2/ε2 = σ3/ε3 = σ/ε = cte = E
La relación entre ambas magnitudes (σ/ε) se llama Módulo de elasticidad (E)
o Módulo de Young.
E = σ/ε

22. L a F ig u ra m u e s tr a d o s c ilin d ro s c o n c é n tric o s q u e s o p o rta n u n a c a rg a a x ia l d e 1 0 0 k N .
F ig . 1 .2 6 . D o s c ilin d ro s .
S i e l c ilin d ro d e la iz q u ie rd a e s d e a c e ro (E = 2 0 0 G P a ) y e l d e la d e re c h a d e h ie rro
fu n d id o (E = 8 0 G P a ), c a lc u la :
a ) E l e s fu e rz o u n ita rio d e c a d a c ilin d ro e n M P a .
b ) L a d e fo rm a c ió n u n ita ria d e c a d a c ilin d ro .
c) E l a la rg a m ie n to d e c a d a c ilin d ro e n m m .

25. 2.4. Ensayo de tracción (UNE 7-474)
Consiste en someter a una probeta de forma y dimensiones normalizadas a un
sistema de fuerzas exteriores (esfuerzo de tracción) en la dirección de su eje
longitudinal hasta romperla.

26. Dos tipos de probetas:
1. Probetas cilíndricas, se utilizan en ensayos con materiales forjados,
fundidos, barras, redondos laminados y planchas de espesor grueso.
2. Las probetas prismáticas o planas, que se emplean en planchas de
espesores medios y pequeños.

27. A. Máquinas de tracción
Dispositivos mecánicos o hidráulicos que someten a las probetas a un
esfuerzo o tensión de tracción creciente en todas las secciones
transversales.
La máquina detecta, cuantifica y relaciona las fuerzas aplicadas y las
deformaciones (alargamientos) producidos.

28. B. Análisis de un diagrama de tracción
Los resultados obtenidos en ensayo se representan en una gráfica en la que se
reflejan los valores de las deformaciones (alargamientos) producidas (Δl) en el
eje de abscisas y las fuerzas de tracción aplicadas (F) en el eje de ordenadas.
Cada material presenta una gráfica de tracción característica.
Una primera zona las deformaciones son
proporcionales a las tensiones de tracción.
Una segunda zona, a pequeñas variaciones de
tensiones aplicadas, se generan grandes
deformaciones.

29. Esta información, no es suficiente desde el punto de vista práctico. Se hace
necesario un cambio de escala en abscisas y ordenadas, obtenemos una curva
que relacione las tensiones de una sección transversal con las deformaciones
relativas a la longitud inicial, llamadas alargamientos unitarios
Eje de abscisas: ε = Δl/lo
Eje de ordenadas: σ = F/Ao
ε = alargamiento unitario
(adimensional).
Δl = l - lo = incremento de longitud.
σ = tensión en una sección
transversal cuando se aplica una
fuerza F.
Ao = sección inicial de la probeta.

30. Podemos distinguir dos zonas fundamentales:
Zona elástica (OE). Al cesar las tensiones aplicadas, los materiales
recuperan su longitud original lo.
Zona plástica (ES). Rebasado la tensión del límite elástico σE, aunque
dejemos de aplicar tensiones de tracción, el material ya no recupera su
longitud original, ha sufrido deformaciones permanentes.
Dentro de la zona elástica:
Zona de proporcionalidad (OP). Recta, existe una proporcionalidad entre
las tensiones aplicadas y los alargamientos unitarios.
σ = cte · ε
Zona donde deben trabajar los materiales.
Zona no proporcional (PE). Se comporta de forma elástica, pero las
deformaciones y tensiones no están relacionadas linealmente. No se
puede controlar la relación deformación-tensión aplicada.

31. Dentro de la zona plástica se distinguen otras dos zonas:
Zona límite de rotura (ER). A pequeñas variaciones de tensión se producen
grandes alargamientos. Los materiales no tienen un comportamiento elástico,
las deformaciones son permanentes. El límite es el punto R, llamado límite
de rotura, a la tensión aplicada se la denomina tensión de rotura. A partir
de este punto, el material se considera roto.
Zona de rotura (RS). Superado el punto R, el material sigue alargándose
progresivamente hasta que se produce la rotura física total en el punto S.

32. Este comportamiento de los materiales se puede generalizar. Existen algunas
excepciones. Entre ellas se encuentra el acero, existe una zona localizada por
encima del límite elástico, donde se produce un alargamiento muy rápido sin
que varíe la tensión aplicada. Este fenómeno se conoce como fluencia, el
material fluye sin causa aparente. El punto donde comienza dicho fenómeno
se llama límite de fluencia (F), y la tensión aplicada en dicho punto tensión
de fluencia.

33. Indica a qué tipo de esfuerzo están sometidas cada una de las siguientes
piezas:

34. Sabiendo que la carga máxima aplicada en un ensayo de tracción sobre
una probeta normalizada de 150 mm² de sección es de 50 000 N, calcula
la tensión de rotura.

35. 2.5. Ley de Hooke
Las tensiones aplicadas sobre un elemento resistente son directamente
proporcionales a las deformaciones producidas, dentro del comportamiento
elástico de los materiales.
La ley de Hooke se aplica preferentemente al ensayo de tracción.

36. Las deformaciones producidas en un elemento resistente son
proporcionales a las tensiones que las producen.
A. Aplicación de la ley de Hooke al ensayo de tracción
En la representación gráfica de un ensayo de tracción existe la zona de
proporcionalidad (OP), que abarca desde el origen de coordenadas hasta el
límite de proporcionalidad y se representa por una recta.

37. Las fuerzas aplicadas se refieren a las fuerzas de tracción (F) y a las
deformaciones producidas en los alargamientos (Δl), se cumple
Si se aplica en el diagrama σ-ε, se obtiene:

38. El valor de tan α se conoce como módulo elástico o módulo de Young (E),
Representa la pendiente de la curva tensión-deformación en la región
elástica.
Depende de cada material y se mide en kp/cm², kp/mm² o N/m² como σ, ya
ε es adimensional.
La ley de Hooke en la tracción es como sigue:
Los alargamientos unitarios (deformaciones) son proporcionales a las
tensiones que los producen, cuya constante de proporcionalidad es el
módulo elástico

39. Matemáticamente, resulta: E = σ/ε
Sustituyendo: σ = F/Ao y ε = Δl/lo
En la primera ecuación, resulta:
Es la ecuación fundamental de la tracción, solo es aplicable en la zona de
proporcionalidad, una vez rebasado dicho límite, el comportamiento no es
lineal.

40. 2.6. Tensiones máximas de trabajo
Cuando se plantea el diseño de una pieza o elemento simple de una estructura,
debemos tener presente el diagrama de las fuerzas que actúan sobre dicha
pieza o elemento para trabajar en zonas de deformaciones plásticas.
Además, pueden aparecer otros tipos de tensiones «imprevistas».
Para solucionar este tipo de problemas, se establece una tensión máxima de
trabajo (σt), es el límite de carga al que podemos someter una pieza o
elemento simple de estructura.
El valor de esta tensión es inferior a la tensión correspondiente al límite de
proporcionalidad.

41. Desde el punto de vista de la seguridad, se puede decir:
1. Que el elemento resistente no padece deformaciones plásticas.
2. Que cumple la ley de Hooke.
3. Que permite un margen de seguridad que asume la posibilidad de la
aparición de fuerzas imprevistas.

42. Para determinar la tensión máxima de trabajo en un diagrama de tracción se
hace referencia a los puntos críticos; límites de fluencia (σF) y límite de
rotura (σR), y se obtiene dividiendo las tensiones de fluencia o de rotura por
un número n que llamaremos coeficiente de seguridad:
σt = σF/n σt = σR /n
La elección de una u otra ecuación depende de la utilización final de la pieza o
elemento simple y de la normativa legal técnica vigente en cada país.

43. Una barra cilíndrica de acero, con un límite elástico de 5 000 kp/cm, es
sometida a una carga o fuerza de tracción de 8 500 kp. Sabiendo que la
longitud de la barra es de 400 mm, el diámetro de 50mm y el módulo de
elasticidad del material es 2,1 · kp/cm², determina:
a) Si recuperará o no la barra la longitud inicial al cesar la fuerza
aplicada.
b) La deformación producida en la barra (ε en %).
c) La mayor carga que soportará la barra para que trabaje con un límite
de seguridad de 5.
d) El valor del diámetro de la barra para que su alargamiento total no
supere 50 · 10ˉ²mm.

44. a) Si recuperará o no la barra la longitud inicial al cesar la fuerza
aplicada.
b) La deformación producida en la barra (ε en %).

45. c) La mayor carga que soportará la barra para que trabaje con un límite
de seguridad de 5.
d) El valor del diámetro de la barra para que su alargamiento total no
supere 50 · 10ˉ²mm.

46. 2.7. Ensayos de dureza
La dureza es la resistencia que ofrece un material a ser rayado o penetrado
por otro. La propiedad mecánica que se determina a través de los ensayos de
dureza es la cohesión.
Entre las técnicas para determinar la dureza de los materiales, se
encuentran los ensayos de penetración. Se basan en un pequeño penetrador
que es forzado sobre la superficie del material a ensayar en condiciones
controladas de carga y velocidad de aplicación. En estos ensayos se mide la
profundidad o tamaño de la huella resultante.
La dureza, es una propiedad de la capa superficial del material, y no una
propiedad del material en sí. La dureza puede ser cuantificada dentro de una
escala.

47. A. Ensayo Brinell (UNE 7-422-85)
El penetrador es una esfera de acero templado, de gran dureza, de diámetro
D, que oscila entre 1 y 10 mm, y a la que se aplica una carga preestablecida de
valor comprendido entre 3000 y 1,25 kp durante un intervalo de tiempo que
suele ser de 15 segundos.
El ensayo Brinell (HB), se calcula dividiendo el valor de la fuerza aplicada al
penetrador entre la superficie de la huella que produce en el material:

48. La fuerza se suele expresar en kp y la superficie en mm². La unidad Brinell
será el kp/mm².
La huella producida por el penetrador tiene la forma de un casquete
esférico cuya superficie será:
Del triangulo rectángulo se deduce que:
Y, por tanto:

49. De este modo, la superficie del casquete esférico será:
Y el valor de la dureza Brinell vendrá dado por:
Para medir el diámetro, d, de la huella se utiliza una lupa microscópica. Es
necesario que la huella no presente realces ni rebajes en sus bordes, pues
de lo contrario se obtendrían valores falsos en la medición. Para
comprobarlo el diámetro de la huella ha de cumplir la condición 0,25 D < d <
0,5 D.
La superficie del casquete de la huella es:
D = diámetro de la bola (mm), f = profundidad de la huella (mm).

50. El diámetro de la bola debe elegirse adecuadamente en función del espesor
de la pieza sometida al ensayo, para conseguir que la deformación plástica
que experimenta el material no se extienda a todo el espesor de la pieza.
Para que las huellas obtenidas con bolas de diferente diámetro sean
semejantes y que, las durezas obtenidas resulten comparables, se debe
cumplir la relación de proporcionalidad:
K puede tomar distintos valores, recogidos en la tabla.

51. El tiempo de aplicación de la carga suele ser de 15 segundos, si se trata de
materiales blandos el tiempo puede hacerse mayor.
La prueba Brinell presenta los siguientes inconvenientes:
- No se puede realizar sobre superficies esféricas o cilíndricas.
- Se cometen grandes errores en la medida del diámetro de la huella cuando
la deformación es pequeña.
- Únicamente es aplicable en el caso de materiales de durezas no muy altas,
que sean inferiores a la del penetrador.

52. 18. En una pieza sometida a un ensayo de dureza Brinell, con una
carga de 500 kp y un diámetro de bola de 5 mm, se ha obtenido un
diámetro de huella de 2,3 mm. Halla el grado de dureza Brinell.
ACTIVIDADES:

53. 19. En un ensayo de dureza Brinell se ha utilizado una bola de 10 mm
de diámetro. Al aplicar una carga de 1 000 kp se ha obtenido una
huella de 2,5 mm. Calcula la dureza del material.

54. B. Ensayo Vickers (UNE 7-423-84)
Para este ensayo, el penetrador que se utiliza es una pirámide regular de
base cuadrada, cuyas caras laterales forman un ángulo de 136°.
Se recomienda utilizar este ensayo para durezas superiores a 500 HB.
Ventajas: se puede usar tanto para materiales duros como blandos y, los
espesores de las piezas pueden ser muy pequeños (hasta 0,05 mm). Las
cargas que se utilizan son muy pequeñas, de 1 a 120 kg, lo normal es emplear
30 kg.

55. El grado de dureza Vickers (HV) se obtiene de modo similar al Brinell:
La diagonal de la huella se mide utilizando un microscopio. En caso de que la
carga no se aplique en dirección exactamente vertical, la forma de la huella
no será estrictamente cuadrada, siendo necesario medir las dos diagonales
y utilizar el valor medio en la expresión anterior.
En comparación con la prueba Brinell, el ensayo Vickers presenta las
siguientes ventajas:
No es necesario sustituir el penetrador al variar la carga.
Se puede utilizar en superficies curvas.
El valor de la dureza es prácticamente independiente del valor de la
carga.
La prueba se puede realizar sobre materiales muy duro.

57. 20. En una pieza con dureza Brinell de 300 HB se ha aplicado una carga
de 500 kp. Si se ha utilizado como penetrador una bola de 10 mm, ¿cuál
será el diámetro de la huella producida?

58. C. Ensayo Rockwell (UNE 7-424-89)
El método Brinell no permite medir la dureza de los aceros templados porque
se deforman las bolas. Para evitarlo se utiliza la máquina Rockwell, que se
basa en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados. Se
determina la dureza en función de la profundidad de la huella
Es un ensayo muy rápido y fácil de realizar, pero menos preciso que los
anteriores. Es válido para materiales blandos y duros.

59. Se utiliza un penetrador en forma de bola para materiales blandos, con lo que
se obtiene el grado de dureza Rockwell bola (HRB), o bien con un cono de
diamante de 120° para materiales duros, del que resulta el grado de dureza
Rockwell cono (HRC).
Para el ensayo Rockwell deben seguirse estas
normas (UNE 7-424-89):
1. Se aplica una carga de 10 kp al penetrador (cono
o bola), hasta conseguir una pequeña huella. Se
mide su profundidad h1, que se toma como
referencia, colocando el comparador de la máquina
a cero.
2. Se aumentan las cargas en 90 kp para el
penetrador de bola y 140 kp para el de cono, se
mantiene la carga un tiempo comprendido entre 3 y
6 segundos, y se mide la profundidad producida h2.

60. 3. Se retiran las cargas adicionales. El penetrador se recuperará y ascenderá
hasta la posición h1 + e. El valor de e no es 0, ya que las deformaciones que
se producen en el material son plásticas y elásticas, y al dejar de aplicar las
cargas adicionales permanecen únicamente las deformaciones permanentes o
plásticas, cuyo valor es e.
La dureza Rockwell no se expresa directamente en unidades de penetración,
sino por el valor de la diferencia entre dos números de referencia:
Dureza Rockwell HRB = 130 - e
Dureza Rockwell HRC = 100 - e

61. 6> En la determinación de la dureza en una rueda dentada, cuya capa
superficial ha sido tratada térmicamente por cementación, se procede
del modo siguiente:
• En la zona central no cementada, se determina la dureza Brinell
aplicando una carga de 187,5 kp y utilizando un penetrador de bola de
2,5 mm de diámetro. La dureza obtenida tiene un valor de 350 HB.
• En la zona superficial cementada, se determina la dureza Vickers
aplicando una carga de 30 kp. Se obtiene una huella cuyas diagonales
miden 0,272 y 0,274 mm, respectivamente.

62. Calcula:
a) El diámetro de la huella obtenida en el ensayo Brinell.

63. b) El índice de dureza Vickers obtenido.

64. 2.8. Ensayos de fatiga
Cuando determinadas piezas están sometidas a esfuerzos variables en
magnitud y sentido que se repiten con cierta frecuencia, se pueden romper
con cargas inferiores a las de rotura, incluso cuando se trabaja por debajo
del límite elástico, siempre que las cargas actúen durante un tiempo
suficiente. A este fenómeno se le conoce con el nombre de fatiga.
Las leyes fundamentales de la fatiga son las siguientes:
1. Las piezas metálicas pueden romperse bajo esfuerzos unitarios inferiores a
su carga de rotura, e incluso a su límite elástico, si el esfuerzo se repite un
número suficiente de veces.
2. Para que la rotura no tenga lugar, con independencia del número de ciclos,
es necesario que la diferencia entre la carga máxima y la mínima sea inferior
a un determinado valor, llamado límite de fatiga.
Los ensayos de fatiga más habituales son los de flexión rotativa y torsión.

66. En el proceso de fatiga se distinguen tres fases esenciales: una de incubación
a partir de la fisura interna, otra de maduración progresiva y la última,
instantánea, es la rotura efectiva.

67. 2.9. Ensayos tecnológicos
Este grupo de ensayos se diferencia fundamentalmente del resto en el hecho
de que, con ellos, no se pretende obtener valores cuantitativos en cálculos
numéricos, sino que únicamente sirven para estudiar el comportamiento del
material ante un fin al que se destina. En consecuencia, el ensayo reproduce, a
escala conveniente, las condiciones prácticas en las que se encontrará el
material.
A continuación, se muestran dos ejemplos de ensayos tecnológicos.
A. Ensayo de plegado
Sirve para estudiar las características de plasticidad de los materiales
metálicos. Se doblan las probetas en condiciones normalizadas y se observa si
aparecen grietas en la parte exterior de la curva, donde los esfuerzos de
tracción son elevados.
El ensayo se puede realizar en frío o en caliente.

69. B. Ensayo de embutición
Es uno de los más importantes para las
planchas, pues es conveniente conocer
el grado de embutido.
El ensayo consiste en presionar un
vástago sobre la chapa hasta que se
produce la primera grieta. Se
comprueba el grado de embutición
midiendo la penetración en milímetros
del punzón o vástago hasta la aparición
de la primera grieta.
Vídeos de ensayos

70. ACTIVIDADES:
Propiedades mecánicas de los materiales
Piensa las propiedades descritas para completar el crucigrama:

72. Ensayos en los materiales

74. La corrosión paso de un metal en estado libre a estado combinado, que es
consecuencia de la tendencia de los metales a volver a su estado natural por
la acción destructora del oxígeno del aire y de los agentes electroquímicos
que, favorecen el proceso de corrosión.
3. La corrosión y sus efectos
El fenómeno consiste en una oxidación del metal. Si el óxido formado no es
adherente y es poroso, puede dar lugar a la destrucción de la estructura
La oxidación es un proceso electroquímico en el que los átomos metálicos
pierden electrones.

75. La zona en la que se produce la oxidación se denomina ánodo, por lo que la
oxidación también se conoce como reacción anódica.
La reacción inversa a la oxidación es la reacción de reducción.
La zona donde se produce se denomina cátodo. Una reacción catódica o de
reducción es la que toma los electrones de la oxidación.
Los iones metálicos también se pueden reducir. Ello depende de la mayor o
menor avidez por ceder electrones de una pareja de metales. Así, uno los
puede ceder y el otro tomarlos. Esta situación formara parte de un método de
protección contra la corrosión que es la electrodepositación.

76. 3.1. Celda electroquímica. Ecuación de Nernst. Velocidad de corrosión
Una celda electroquímica se forma cuando se introducen dos metales en un
líquido conductor de la electricidad.
En una celda electroquímica se pueden observar los dos fenómenos
comentados: la oxidación (pérdida de electrones) y la reducción (ganancia de
electrones), que pueden dar lugar a dos procesos: la corrosión electroquímica
y la electrodepositación (esta última, solo ocurre en condiciones especiales).

77. Si se realiza el montaje de la Figura en el
que se ha introducido una barra de hierro
y otra de cobre puros en una disolución, se
observa que en esta celda electroquímica
se tienen los siguientes componentes:
a) Cátodo: recibe electrones por el
circuito externo a causa de la reacción
química que sufre el ánodo.
b) Ánodo: cede electrones al circuito y se
corroe al perder su superficie iones
metálicos positivos.
c) Circuito externo: el ánodo y el cátodo deben estar conectados, en
contacto, para que los electrones circulen del ánodo al cátodo.
d) Electrólito: es el conductor que completa el circuito. Es un líquido que sirve
de medio para que los iones metálicos que abandonan el ánodo puedan
desplazarse hacia el cátodo.

78. La influencia de la concentración está dada por la ley de Nernst, que se
expresa en la siguiente ecuación:
donde:
n: número de electrones que participa en las reacciones.
concentración molar de los iones metálicos.
U2 y U1: tensión de referencia respecto del hidrógeno de la disolución 1 M.

79. La cantidad de metal depositado en el cátodo es la electrodepositación o el
removido por la corrosión. Se determina por la ecuación de Faraday:
donde:
m = masa de material depositado o corroído en un tiempo t.
I = intensidad de la corriente en amperios.
t = tiempo en segundos.
M = masa molecular del metal.
n = valencia del ion metálico.
f = constante de Faraday, 96 500 culombios/mol.

80. 23. Un depósito de acero de construcción, con el 0,1 % de carbono, de 120 cm
de altura y 60 cm de diámetro, contiene SO4 H2 al 2% hasta un nivel de 75
cm. El depósito muestra una pérdida de peso por corrosión según la tabla
siguiente:
Suponiendo una corrosión generalizada y uniforme, calcula:
a) La intensidad de corrosión al cabo de 8 semanas, sabiendo que se cumple la
expresión:

81. donde:
W es la pérdida de peso.
M para el Fe es de 55,85 g/mol, y
F es la constante de Faraday (96 500 A · s/mol).

82. b) La densidad de corriente (= A/cm) implicada en la corrosión del tanque.

83. 3.2. Tipos de corrosión
Nos podemos encontrar varios tipos de corrosión:
Corrosión uniforme
Cuando se coloca un metal en un electrólito (puede ser aire húmedo),unas zonas
actúan como cátodo y otras como ánodo, lo que da lugar a una corrosión
uniforme. Es el caso de la herrumbre en el acero o la capa que recubre algunos
objetos decorativos. Es la forma más común se puede evitar con recubrimientos
o barnices protectores.
Vídeo sobre la corrosión uniforme
Corrosión galvánica
Tiene lugar al poner próximos dos metales o aleaciones distintas que están
expuestos a un electrólito (agua, aire húmedo, etc.). El metal menos noble o
más activo en el ambiente del electrólito es el que se corroe. Los que tienen
potenciales más electronegativos tendrán mayor facilidad de corrosión, aunque
esto puede variar según el electrólito presente. Para conocer esta variación se
realizan ensayos y unas tablas, que son las series galvánicas.

84. No poner juntos metales o aleaciones separados en la serie galvánica.
- Si hay que utilizar dos metales distintos, se deben tomar los más próximos
posible en la serie galvánica.
- Se debe utilizar un área anódica lo más grande posible.
- Los metales distintos se pueden mantener excluidos con aislantes eléctricos.
Vídeo sobre la corrosión uniforme
Corrosión por aireación diferencial.
En los elementos de un mismo metal que
presentan grietas y rendijas: en ellas
penetra la suciedad y la humedad, con lo
que las zonas exteriores están más aireadas
mientras que las interiores quedan
empobrecidas de oxígeno, al gastarse en la
oxidación y no poder renovarse.
Si en lugar de uniones remachadas,
atornilladas o por plegado se emplean
soldadas, el efecto se puede reducir.

85. Picadura.
Es una forma localizada de corrosión que penetra desde la superficie al
interior. una pequeña grieta donde se inicie una oxidación hará que la
superficie de debajo se quede sin oxígeno: la corrosión va profundizando
Corrosión intergranular.
Sucede cuando en los límites del
grano ha precipitado una segunda
fase, con lo que se produce una
celda galvánica (dos componentes
que tienen distinta
electronegatividad).
Corrosión selectiva.
En realidad, no es una variedad de corrosión, pues puede darse con todas las
demás. Se trata de que el material que se corroe sea preferentemente uno
de los que forman parte de una aleación

86. Corrosión por erosión.
No es una corrosión propiamente dicha, pues en realidad consiste en eliminar
la capa protectora de óxido que se forma en los metales. Esta eliminación se
produce por la acción mecánica (desgaste) de un fluido que circula por una
conducción. Suele presentarse en tuberías, codos, válvulas, bombas y, en
general, cualquier elemento que conduzca un fluido.
Corrosión bajo tensiones.
Un esfuerzo externo o una tensión
interna (por ejemplo, tras una
deformación en frío) hace que puedan
existir pequeñas grietas.

87. 3.3. Protección contra la corrosión
Tratan de evitar las causas que producen la corrosión
A. Diseño
Seleccionar adecuadamente el material para el ambiente en que se va a
trabajar.
Otra precaución que hay que tener en cuenta es que la superficie del ánodo sea
mayor que la del cátodo. Por ejemplo, una arandela de cobre sobre una chapa
de acero tiene poca superficie si se compara con la de la chapa de acero, con lo
que el cobre toma pocos electrones del acero y la corrosión de este último se
realiza de manera más lenta.
B. Inhibidores
Cuando los recipientes que contienen fluidos han de ser totalmente cerrados,
como en el caso de un radiador de automóvil, se utilizan sustancias que
reaccionan con el oxígeno y lo eliminan, o bien «atacan» la superficie que se
desea preservar formando un recubrimiento protector.

88. C. Recubrimientos protectores
Tratan de aislar el ánodo y el cátodo. Los hay, como el aceite o la grasa, que
son temporales. Los recubrimientos más usuales son los metálicos, los
polímeros y las cerámicas. Debe realizarse una escrupulosa limpieza de la
superficie que se quiere cubrir.
Metálicos.
Así, si se recubre el acero con Mg, Al, Zn o Cd, se acelera la corrosión de
estos, pero si se efectúa con Sn, Cu, Au o Ni sucede lo contrario, con lo
que en este último caso el recubrimiento debe quedar bien adherido para
evitar puntos de corrosión.
Polímeros orgánicos.
Son las pinturas, se aplica en capas finas sobre la superficie del metal.

89. D. Protección anódica o pasivación
Recubrimiento con reacción superficial. Se forma una película de óxido o de
hidróxido, adherente e impermeable.
E. Protección catódica
Se trata de hacer que el metal que se va a proteger deje de ser ánodo para
forzarlo a ser cátodo.
F. Selección del material
En lugar de proteger el material, podemos emplear otro; o sea, aleaciones
resistentes a la corrosión.
3.4. Corrosión seca u oxidación
Nos a referirnos a la combinación de un metal con el oxígeno del aire, que es
lo que se conoce como corrosión seca.