Tema 09

Tema 9
Propiedades Mecánicas: Dureza y Tenacidad a la fractura.
Dureza.
La dureza mide la resistencia que un material ofrece cuando se intenta ser deformado
plásticamente. Entre más duro es el material, más cuesta deformarlo plásticamente. La
dificultad para deformar plásticamente al material se mide en función de la fuerza
aplicada. Entre mayor tenga que ser la fuerza que se aplique para lograrla
deformación plástica, más duro es el material.
Normalmente la dureza de un material se cuantifica por medio de una prueba de
indentación. Este método de determinación de la dureza es muy común en los metales
y se ilustra a continuación:

Si se tienen dos materiales a los que se les hace la indentación, y si la fuerza aplicada
en el indentador es la misma para ambos materiales, a mayorpenetración del
indentador se tendrá una menor dureza del material.
Para medir la dureza, se puede variar tanto la geometría del indentador como la fuerza
aplicada sobre éste. Cada combinación de indentador y fuerza aplicada genera una

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escala de dureza diferente (ver tabla al final). Existen equivalencias entre las distintas
escalas de dureza que se pueden definir.
La dureza es una propiedadcomparativa. Esto significa que sirve únicamente para
comparar dos o más materiales entre sí. Si a manera de ejemplo se dice que el metal A
es más duro que el metal B, esto significaría lo siguiente:
•
•
•
•

Si los metales A y B rozan entre sí, el metal A se desgasta menos por fricción
que el metal B.
El metal A es más difícil de cortar que el metal B. El metal A se podría utilizar
para cortar al metalB.
El metal A es más difícil de unir por medio de soldadura que el metal B.
El metal A es más difícil de deformar plásticamente que el metal B.

Fractura.
La fractura se da cuando el material se rompe debido a la aplicación de una fuerza
externa. Normalmente la fractura se asocia a la estricción y al esfuerzo de fractura de
la curva esfuerzo – deformación unitaria, sin embargo es posible que unmaterial se
rompa a esfuerzos menores que su resistencia a la tensión, o incluso a esfuerzos
menores que el esfuerzo de fluencia. Para comprender este fenómeno, se utilizan
conceptos de una rama de la Ciencia de Materiales llamada Mecánica de Fractura.
La fractura de un material a esfuerzos bajos se debe a la presencia de fisuras, grietas o
pequeños defectos en el material.

F1

Un material sindefectos resiste
cierta fuerza antes de romperse

F1

F2

F2

El mismo material con una fisura o
defecto se rompe a una fuerza
menor que el material sin defectos

La mecánica de fractura estudia el comportamiento de los materiales con fisuras o
defectos pequeños cuando se les aplican fuerzas.
La Tenacidad a la Fractura mide la capacidad del material con defectos para resistir las
fuerzas que se apliquensin causar su fractura.

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Esfuerzo nominal = F/A0
F
A0

En las cercanías del defecto, el esfuerzo efectivo sobre el material es mayor que el
esfuerzo nominal. La fisura en el material tiene el efecto de intensificar o aumentar el
esfuerzo real en el material.
Para medir cuánto puede resistir el material, se define el Factor de Intensidad del
Esfuerzo, el cual se representa por la letra K.Este factor se define matemáticamente
de la siguiente forma:

K = fσ πa
donde:
f = factor geométrico. Este es un número que depende de la fuerza aplicada y la
geometría del defecto.
σ = esfuerzo nominal aplicado.
a = tamaño del defecto. Si el defecto es superficial, a es la longitud total del mismo. Si
el defecto es interno, a es la mitad de la longitud del mismo.
Esta definición de Factor deIntensidad del Esfuerzo sólo es válida para esfuerzos
aplicados en tensión y que al mismo tiempo sean perpendiculares a la línea de acción
del esfuerzo.

σ
a

σ

σ
2a

σ

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El valor de K que hace que el defecto comience a crecer y cause la fractura del material
se llama intensidad del esfuerzo crítico o Tenacidad a la Fractura. Se representa por Kc
Kc = K requerido para que el defecto crezca y...