Resistencia a la tracción Es una propiedad mecánica importante que mide la capacidad máxima de un material para soportar carga bajo una tensión uniaxial. Se utiliza ampliamente en la selección de materiales, el diseño estructural, el control de calidad y la verificación del rendimiento de las piezas. La resistencia a la tracción varía significativamente entre los distintos materiales, e incluso un mismo grado puede presentar valores diferentes debido a las condiciones del tratamiento térmico, la forma del producto y las condiciones de ensayo.
Este artículo explica la definición, la fórmula de cálculo, el método de ensayo y los factores que influyen en la resistencia a la tracción. Además, compara datos típicos de aleaciones de aluminio, aceros, aceros inoxidables y plásticos técnicos habituales, y analiza su importancia práctica en Mecanizado CNC y la selección de materiales.
¿Qué es la resistencia a la tracción?
Resistencia a la traccióntambién conocido como resistencia máxima a la tracción (UTS), es la tensión máxima de cálculo que alcanza un material durante un ensayo de tracción uniaxial. Se suele representar mediante Rm, aunque en referencias más antiguas también se puede utilizar σb. Las unidades habituales son el MPa o el N/mm².
En el caso de los metales dúctiles, la resistencia a la tracción suele corresponder al final de la deformación plástica uniforme y al inicio del estrechamiento localizado. En los materiales con baja ductilidad, suele estar más próxima a la resistencia a la rotura por tracción. La resistencia a la tracción refleja la capacidad máxima de tracción de un material, pero no puede utilizarse directamente como tensión de trabajo segura de una pieza.
Fórmula y unidades de la resistencia a la tracción
La resistencia a la tracción se calcula dividiendo la carga máxima registrada durante un ensayo de tracción por el área de la sección transversal original de la probeta:
Rm = Fm / S₀
- Rm: resistencia a la tracción, MPa
- De: carga máxima registrada durante el ensayo de tracción, N
- S₀: área transversal original de la probeta, mm²
La resistencia a la tracción suele expresarse en MPa o N/mm²:
1 MPa = 1 N/mm²
En el cálculo debe utilizarse el área transversal original previa al ensayo, y no el área correspondiente a la zona de estrechamiento tras la rotura. En el caso de los materiales dúctiles, la carga máxima suele alcanzarse antes de la rotura definitiva.
Resistencia a la tracción en la curva de tensión-deformación
En una curva típica de tensión-deformación, un material pasa por las fases de deformación elástica, límite elástico, deformación plástica uniforme, estrechamiento y rotura. La tensión máxima de ingeniería que aparece en la curva es la resistencia a la tracción del material.
Antes de alcanzar la resistencia a la tracción, el endurecimiento por deformación permite que el material siga aumentando su capacidad de soportar cargas. A partir de ese momento, la deformación se concentra gradualmente en una zona localizada, se produce un estrechamiento y, a continuación, se produce la fractura. Por lo tanto, en el caso de los materiales dúctiles, el punto de resistencia a la tracción no suele coincidir con el punto de fractura final.
¿Cómo se comprueba la resistencia a la tracción?
La resistencia a la tracción se mide normalmente mediante un ensayo de tracción normalizado. La probeta se coloca en una máquina de ensayos universal y se somete a una carga de tracción axial a una velocidad determinada hasta que se produce la rotura.
El procedimiento básico de ensayo incluye:
Preparar e inspeccionar la probeta de tracción de acuerdo con la norma aplicable;
Mide la anchura, el espesor, el diámetro y la longitud de referencia original de la probeta;
Centrar la probeta en las mordazas de la máquina de ensayo;
Aplicar una carga de tracción axial a la velocidad especificada;
Registra los datos de carga, desplazamiento y deformación;
Calcula la resistencia a la tracción a partir de la carga máxima.
Por lo general, un ensayo de tracción también permite determinar el módulo de elasticidad, el comportamiento de fluencia, el alargamiento tras la fractura y la reducción de la sección transversal. Las dimensiones de la probeta, la dirección de muestreo, la velocidad de carga, la alineación de las mordazas, los defectos superficiales y la ubicación de la fractura pueden influir en los resultados del ensayo.
Factores que influyen en la resistencia a la tracción
La resistencia a la tracción depende de la composición del material, la microestructura, las condiciones de procesamiento y el entorno de uso. Por lo tanto, un mismo tipo de material puede presentar propiedades de tracción claramente diferentes en distintas condiciones.
Composición química: Los elementos de aleación pueden aumentar la resistencia mediante el endurecimiento por solución sólida, el endurecimiento por precipitación o el endurecimiento por transformación, al tiempo que influyen en la ductilidad, la tenacidad y la resistencia a la corrosión.
Tamaño del grano y microestructura: El tamaño del grano, la composición de las fases y la uniformidad microestructural influyen en el movimiento de las dislocaciones, el endurecimiento por deformación y el comportamiento frente a la fractura.
Tratamiento térmico: El temple, el revenido, el tratamiento de solución, el envejecimiento y el recocido modifican la microestructura y la resistencia a la tracción de un material.
Proceso de fabricación: El laminado, la forja, el estirado, la extrusión y el trabajo en frío pueden aumentar la resistencia mediante el refinamiento del grano o el endurecimiento por deformación.
Defectos y calidad de la superficie: Las grietas, los poros, las inclusiones, las rebabas y los arañazos superficiales generan concentraciones de tensión que pueden provocar fallos prematuros.
Temperatura y velocidad de deformación: Las altas temperaturas suelen reducir la resistencia a la tracción de la mayoría de los metales, mientras que la velocidad de carga también modifica el comportamiento frente a la deformación y la fractura.
Corrosión y medio ambiente: La corrosión por picaduras, la corrosión bajo tensión y la fragilización por hidrógeno pueden reducir la sección transversal efectiva o acelerar el crecimiento de las grietas.
Tamaño y sentido de carga: El espesor del material, el tamaño de la probeta y la dirección de laminación, forjado o extrusión pueden influir en los datos de ensayo.
Resistencia a la tracción de las aleaciones de aluminio más comunes
La resistencia a la tracción de las aleaciones de aluminio que se utilizan habitualmente en el mecanizado viene determinada principalmente por la serie de la aleación, las condiciones del tratamiento térmico y la forma del producto. La aleación 6061 es adecuada para piezas CNC generales; la 2011 destaca por su aptitud para el corte a alta velocidad, mientras que las aleaciones 2024, 7050 y 7075 son más adecuadas para componentes estructurales de alta resistencia.
| Aleación de aluminio | Resistencia a la tracción típica | Características de mecanizado | Aplicaciones comunes |
| 2011-T3 / T8 | Aprox. 310-380 MPa | Produce virutas cortas, ofrece una alta eficiencia de corte y es adecuado para el torneado a alta velocidad | Piezas roscadas, accesorios, casquillos y componentes para tornos automáticos |
| 2014-T6 | Aprox. 450-500 MPa | De alta resistencia y adecuado para cortes de precisión, aunque con una resistencia a la corrosión limitada | Piezas aeroespaciales, soportes para uso intensivo y componentes mecánicos de alta resistencia |
| 2024-T3 / T351 | Aprox. 430-485 MPa | Buena maquinabilidad, con alta resistencia y buen comportamiento frente a la fatiga | Piezas estructurales aeroespaciales, conectores y componentes de precisión fabricados con CNC |
| 5052-H32 | Aprox. 210-260 MPa | Buena conformabilidad, pero mecanizabilidad relativamente normal | Cajas, paneles, depósitos y piezas estructurales resistentes a la corrosión |
| 5083-H111 / H116 | Aprox. 275-330 MPa | Buena resistencia a la corrosión y adecuado para el mecanizado de chapas y piezas de gran tamaño | Componentes navales, placas de fijación y piezas mecánicas de gran tamaño |
| 6061-T6 / T651 | Aprox. 290-330 MPa | Rendimiento de corte estable, amplia disponibilidad y apto para el anodizado | Soportes, accesorios, placas de montaje, cajas y piezas CNC en general |
| 6063-T6 | Aprox. 205-245 MPa | Más adecuado para perfiles extruidos, en los que el corte suele realizarse como operación secundaria | Marcos, rieles guía, estructuras de disipación de calor y componentes perfilados |
| 6082-T6 | Aprox. 290-340 MPa | Una combinación equilibrada de resistencia y maquinabilidad | Soportes, placas estructurales, conectores y bastidores de máquinas |
| 7050-T7451 | Aprox. 470-525 MPa | Alta resistencia mecánica con buena resistencia a la corrosión bajo tensión | Piezas aeroespaciales de soporte de carga, largueros y componentes de precisión de alta resistencia |
| 7075-T6 / T651 | Aprox. 540-570 MPa | Alta resistencia y buena maquinabilidad, pero es necesario controlar la deformación durante el mecanizado | Piezas aeroespaciales, drones, componentes para competición y piezas CNC de alta resistencia |
El 2011 es adecuado para el torneado de alta eficiencia; el 6061 ofrece una aplicabilidad general más amplia, mientras que el 2024, el 7050 y el 7075 se utilizan principalmente para componentes de precisión de alta resistencia. Las ventajas de los aleaciones 5052 y 6063 están más estrechamente relacionadas con las aplicaciones de conformado y extrusión.
La resistencia a la tracción real varía en función del estado del material, las dimensiones y la forma del producto. Por lo tanto, la selección definitiva debe basarse en la norma aplicable y en el certificado del material.
Resistencia a la tracción de los aceros al carbono y aleados más comunes
El acero abarca una amplia gama de resistencias, y tanto el contenido en carbono como la composición de la aleación y las condiciones del tratamiento térmico influyen de manera significativa en ello. Los aceros de bajo contenido en carbono son adecuados para estructuras generales y piezas mecanizadas, mientras que los aceros de contenido medio en carbono y los aceros aleados son más adecuados para ejes, engranajes y componentes sometidos a cargas elevadas.
| Grado de acero | Resistencia a la tracción típica | Características principales | Aplicaciones comunes |
| ASTM A36 | Aprox. 400-550 MPa | Bajo coste, con buena soldabilidad y conformabilidad | Marcos, bases, soportes y placas estructurales |
| S235JR | Aprox. 360-510 MPa | Acero estructural de bajo contenido en carbono para uso general, fácil de soldar y conformar | Estructuras de acero, perfiles, soportes y bases para máquinas |
| S355J2 | Aprox. 470-630 MPa | Una combinación equilibrada de resistencia, tenacidad y soldabilidad | Estructuras portantes, estructuras mecánicas y soportes |
| AISI 1018 | Aprox. 440-640 MPa | Buena maquinabilidad, ductilidad y soldabilidad | Ejes, pasadores, elementos de fijación y piezas mecanizadas |
| AISI 1020 | Aprox. 380-550 MPa | Fácil de moldear, soldar y endurecer superficialmente | Manguitos, pasadores, piezas estructurales y componentes cementados |
| AISI 1045 / C45 | Aprox. 570-800 MPa | Las propiedades pueden mejorarse mediante temple y revenido o endurecimiento superficial | Ejes, engranajes, pasadores, rodillos y conectores |
| AISI 4140 / 42CrMo4 | Aprox. 800-1 200 MPa | Alta resistencia, tenacidad y comportamiento frente a la fatiga tras el temple y el revenido | Ejes de transmisión, elementos de fijación de alta resistencia y piezas para aplicaciones pesadas |
| AISI 4340 | Aprox. 930-1.400 MPa | Alta templabilidad y buena tenacidad, incluso a altos niveles de resistencia | Ejes, engranajes y componentes sometidos a grandes cargas en el sector aeroespacial |
| AISI 8620 | Aprox. 530-850 MPa | La cementación puede dar lugar a una superficie dura y un núcleo tenaz | Engranajes, levas, ruedas dentadas y piezas de transmisión |
Los datos de la tabla sirven para realizar una comparación preliminar. Para la selección formal del material, también es necesario confirmar las condiciones de tratamiento térmico, las dimensiones de la sección, las condiciones de entrega y el certificado del material.
Resistencia a la tracción de los aceros inoxidables más comunes
La resistencia a la tracción del acero inoxidable está estrechamente relacionada con su tipo de microestructura, el trabajo en frío y las condiciones del tratamiento térmico. Los aceros inoxidables austeníticos priman la resistencia a la corrosión y la ductilidad, mientras que los de tipo dúplex y los de endurecimiento por precipitación pueden alcanzar una mayor resistencia.
| Calidad del acero inoxidable | Resistencia a la tracción típica | Características principales | Aplicaciones comunes |
| Acero inoxidable 303 | Aprox. 515-690 MPa | Buena maquinabilidad, con una resistencia a la corrosión ligeramente inferior | Ejes, piezas roscadas, accesorios y componentes de precisión fabricados con CNC |
| Acero inoxidable 304 | Aprox. 520-720 MPa | Una combinación equilibrada de resistencia a la corrosión, conformabilidad y soldabilidad | Equipos para la industria alimentaria, carcasas, elementos de fijación y piezas mecánicas |
| Acero inoxidable 316 / 316L | Aprox. 485-690 MPa | Mayor resistencia a la corrosión por picaduras y a los entornos con cloruro | Piezas para equipos médicos, químicos, marinos y de manejo de fluidos |
| Acero inoxidable dúplex 2205 | Aprox. 660-860 MPa | Alta resistencia mecánica con buena resistencia a la corrosión por picaduras y a la corrosión bajo tensión | Válvulas, bridas, ejes y componentes de equipos para el sector del petróleo y el gas |
| Acero inoxidable 17-4 PH | Aprox. 1.030-1.365 MPa | Alta resistencia mecánica y buena resistencia a la corrosión tras el envejecimiento | Sector aeroespacial, energía, conectores de alta resistencia y componentes de ejes que soportan cargas |
El conformado en frío puede aumentar la resistencia de algunos aceros inoxidables austeníticos, mientras que las propiedades de 17-4 PH varían considerablemente en función del estado de envejecimiento. La selección del material debe tener en cuenta el tipo, las condiciones de tratamiento térmico y la forma del producto.
Resistencia a la tracción de los plásticos de ingeniería más comunes
Los plásticos técnicos suelen tener una resistencia a la tracción inferior a la de los metales, pero ofrecen ventajas en cuanto a peso, resistencia a la corrosión, baja fricción y aislamiento eléctrico. Sus propiedades se ven fácilmente afectadas por la temperatura, la humedad, la proporción de refuerzo de fibra y la dirección de moldeo.
| Plástico técnico | Resistencia a la tracción típica | Características principales | Aplicaciones comunes |
| ABS | Aprox. 35-50 MPa | Buena tenacidad y maquinabilidad | Carcasas, prototipos y componentes de electrónica de consumo |
| Nailon PA6 / PA66 | Aprox. 60-90 MPa | Resistente al desgaste y robusto, pero que absorbe la humedad | Engranajes, casquillos, rodillos y piezas mecánicas |
| POM / Acetal | Aprox. 60-75 MPa | Baja fricción, buena estabilidad dimensional y buena maquinabilidad | Engranajes de precisión, deslizadores y conectores |
| Policarbonato, PC | Aprox. 55-75 MPa | Excelente resistencia a los impactos | Fundas protectoras, carcasas para equipos y componentes de seguridad |
| PEEK | Aprox. 90-100 MPa | Buena resistencia a las altas temperaturas, resistencia química y resistencia mecánica | Piezas para equipos aeroespaciales, médicos y de semiconductores |
| PTFE | Aprox. 20-35 MPa | De baja fricción y resistente a la corrosión, pero con baja rigidez | Juntas, casquillos y piezas aislantes |
| UHMWPE | Aprox. 20-40 MPa | Resistente al desgaste, a los impactos y autolubricante | Guías, revestimientos antidesgaste y componentes de cintas transportadoras |
Los plásticos técnicos también deben evaluarse en cuanto a la fluencia, la carga a largo plazo y la temperatura de servicio. Aunque el refuerzo con fibras puede mejorar la resistencia, también aumenta la dependencia direccional y el desgaste de las herramientas.
Cómo influye la resistencia a la tracción en el mecanizado CNC
La resistencia a la tracción puede servir de referencia para evaluar la capacidad de carga del material y la carga de mecanizado, pero no puede determinar por sí sola la mecanizabilidad CNC. La dureza, la tenacidad, la tendencia al endurecimiento por deformación, la conductividad térmica y la microestructura suelen tener una influencia más directa.
Selección de materiales y presupuesto: Los materiales de alta resistencia se utilizan habitualmente en las piezas que soportan carga y también pueden suponer mayores costes de material, inspección y mecanizado.
Fuerza de corte y carga de la máquina: Los materiales con mayor resistencia a la tracción suelen requerir una mayor fuerza de corte, lo que puede aumentar la carga sobre el husillo y las vibraciones durante el mecanizado.
Selección y desgaste de las herramientas: Los materiales de alta resistencia suelen requerir herramientas más rígidas, recubrimientos adecuados y parámetros de corte estables.
Desbaste y control de la temperatura: Durante el mecanizado con gran eliminación de material, es necesario controlar adecuadamente la profundidad de corte, la velocidad de avance, la refrigeración y la evacuación de virutas para evitar la acumulación de calor.
Formación de virutas y rebabas: La tenacidad y la elongación del material influyen en la rotura de las virutas y en la formación de rebabas. Los materiales más tenaces tienden a producir virutas largas y rebabas.
Rendimiento en la parte final: La resistencia a la tracción puede utilizarse para evaluar la capacidad máxima de carga de una pieza sometida a una carga de tracción, pero también deben tenerse en cuenta la fatiga, las muescas y el factor de seguridad.
La deformación por mecanizado en piezas de paredes delgadas y componentes planos de gran tamaño suele estar más relacionada con el módulo de elasticidad, el límite elástico, la tensión residual, el espesor de la pared y el método de sujeción de la pieza que con la resistencia a la tracción por sí sola.
Cómo utilizar la resistencia a la tracción en la selección de materiales
La resistencia a la tracción es adecuada para comparar la capacidad máxima de tracción de diferentes materiales, pero a la hora de elegir el más adecuado también hay que tener en cuenta la carga a la que estará sometida la pieza, su peso, su rigidez, el entorno y los requisitos de fabricación.
Compara los distintos grados y las condiciones de tratamiento térmico;
Determinar si el material puede cumplir los requisitos de carga de tracción;
Evaluar la relación resistencia-peso y el valor de la reducción de peso;
Comprueba si el certificado de materiales cumple los requisitos del plano;
Confirmar si las propiedades requeridas pueden mantenerse tras el mecanizado o el tratamiento térmico;
Evaluarlo junto con el límite elástico, el alargamiento, la dureza y el comportamiento frente a la fatiga.
En el caso de las piezas CNC, también deben tenerse en cuenta la maquinabilidad, la estabilidad dimensional, el tratamiento superficial y el coste del material.
Errores habituales al utilizar datos sobre la resistencia a la tracción
Los datos sobre la resistencia a la tracción solo son significativos cuando se definen claramente el estado del material y las condiciones del ensayo. Entre los errores más comunes se encuentran:
Considerar la UTS como tensión admisible: La resistencia a la tracción no equivale a la tensión de trabajo segura de una pieza. En el diseño también hay que tener en cuenta el límite elástico y el factor de seguridad.
No tener en cuenta el estado del material: Un mismo tipo de acero puede presentar una resistencia claramente diferente en condiciones de recocido, templado y revenido, envejecimiento o deformación en frío.
Comparación directa de distintos conjuntos de datos de prueba: Es posible que los datos obtenidos a partir de diferentes muestras, patrones, longitudes de referencia y velocidades de ensayo no sean directamente comparables.
Sin tener en cuenta el grosor ni la dirección: El espesor del material, el diámetro de la barra y la dirección de laminación o extrusión pueden influir en las propiedades de tracción.
Utilizar únicamente la resistencia a la tracción: Una elevada resistencia a la tracción no implica necesariamente que un material tenga una mayor resistencia al impacto, a la fatiga o a la carga a largo plazo.
Suponer que un UTS elevado implica una mala maquinabilidad: La dificultad del mecanizado también depende de la dureza, la tenacidad, el endurecimiento por deformación y las características de la viruta.
Preguntas frecuentes sobre la resistencia a la tracción
¿Es siempre mejor una mayor resistencia a la tracción?
No necesariamente. Una mayor resistencia a la tracción puede aumentar la capacidad de carga máxima, pero también puede ir acompañada de una menor ductilidad, un mayor coste del material o una mayor dificultad de mecanizado. A la hora de seleccionar el material, también hay que tener en cuenta la rigidez, el comportamiento frente a la fatiga, la resistencia a la corrosión y el entorno de uso.
¿Por qué un mismo material presenta diferentes valores de resistencia a la tracción?
La resistencia a la tracción de un mismo grado se ve afectada por las condiciones del tratamiento térmico, el grado de deformación en frío, las dimensiones del producto, la dirección de la muestra y el proceso de fabricación. Por ello, los datos del material suelen expresarse en forma de intervalo.
¿Puede el tratamiento térmico mejorar la resistencia a la tracción?
Sí. El temple, el revenido, el tratamiento de solución y el envejecimiento pueden mejorar la resistencia a la tracción al modificar la microestructura del material. Sin embargo, el aumento de la resistencia también puede ir acompañado de cambios en la ductilidad, la tenacidad o la resistencia a la corrosión.
¿Influye el espesor del material en la resistencia a la tracción?
La resistencia a la tracción no aumenta simplemente con el espesor, pero este puede influir en la velocidad de enfriamiento, la respuesta al tratamiento térmico, la uniformidad de la microestructura y la distribución de los defectos, lo que da lugar a valores especificados diferentes para productos de distintos espesores.
Conclusión
Resistencia a la tracción Es un parámetro importante para comparar el rendimiento de los materiales, llevar a cabo el control de calidad y evaluar la capacidad de carga máxima. Las aleaciones de aluminio, los aceros, los aceros inoxidables y los plásticos técnicos abarcan diferentes rangos de resistencia, pero a la hora de seleccionar el material adecuado hay que tener en cuenta la resistencia al límite elástico, el módulo de elasticidad, la ductilidad, el comportamiento frente a la fatiga y el entorno de uso.
En el caso de las piezas mecanizadas con CNC, las propiedades del material también influyen en la carga de corte, la selección de la herramienta, el coste de mecanizado y la fiabilidad de la pieza acabada. Mecanizado Weldo puede ofrecer recomendaciones sobre materiales, análisis de DFM y Presupuestos de mecanizado CNC basándose en los planos de las piezas, los requisitos de carga y los entornos de aplicación, lo que ayuda a los proyectos a lograr un equilibrio entre rendimiento, facilidad de fabricación y coste.
