Ensayo de Materiales [PDF]

Zitiervorschau

Agenda de estudio

Tema 2 Ensayo de materiales Profesor especialista: Paul Lean Sifuentes ([email protected])

Introducción Los ensayos de materiales son un conjunto de procedimientos normalizados que se realizan con la finalidad de conocer o comprobar propiedades, características o defectos en los materiales. Una norma de ensayo indicará todo lo relativo a la forma correcta de realizar un determinado ensayo, especificará la forma y dimensiones de la probeta, la velocidad y la temperatura de ensayo, en algunos casos, inclusive, el número de decimales significativos. Las normas de ensayo son muy importantes, pues un ensayo realizado en nuestro medio, de acuerdo con una norma, puede ser interpretado y los resultados utilizados en otro país, inclusive en uno que no sea de habla castellana. Entre las diversas propiedades que pueden ser de interés industrial, las propiedades mecánicas (resistencia mecánica, dureza y ductilidad) son en general las que se determinan con más facilidad y también las más importantes para poder decidir con cierto criterio el empleo adecuado de los materiales en la construcción de máquinas, motores, edificios, puentes, vías férreas, etc. En cambio, es menos frecuente y más complicado el estudio de las propiedades eléctricas o químicas de los materiales. Los ensayos de materiales se realizan a la materia prima durante el proceso de fabricación o al producto terminado. Las normas de ensayo de materiales están reguladas en los Estados Unidos por ASTM, en Alemania por DIN y en Inglaterra por BS. En el Perú, el organismo que se encarga de la elaboración y difusión de las normas de ensayo es INDECOPI.

Objetivos Al finalizar el estudio del tema, el participante: • • •

Comprenderá los principios de los ensayos de materiales. Distinguirá los diferentes tipos de ensayos de materiales y su campo de aplicación. Determinará propiedades mecánicas y características de los materiales analizando los resultados obtenidos mediante los ensayos de tracción, dureza e impacto. Comprenderá el uso y aplicación de los ensayos de flexión, fatiga y creep.

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Facultad de Ciencias e Ingeniería

Diplomatura de Estudio en Análisis de Falla en Componentes Mecánicos

Contenidos • •

Introducción Ensayos mecánicos

Sesión

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Desarrollo

Material de estudio Para acceder al material de estudio del Tema 2: Ensayo de materiales, ingrese al tema 2 del curso en la plataforma educativa Paideia PUCP.

Complemento

Secuencia de estudio

Manual de acero especiales Folleto práctico de la empresa Aceros Boehler del Perú. Muestra los aceros que suministra la empresa, características, propiedades, aplicaciones y tratamientos térmicos y recomendaciones para el torneado.

Resumen •

En el campo de la ingeniería son importantes los ensayos mecánicos y los ensayos de inspección (por lo general, ensayos no destructivos) que detectan discontinuidades superficiales o sub-superficiales (unos 3 mm por debajo de la superficie). Dentro de los ensayos químicos, el más importante para la ingeniería es el relacionado con los fenómenos de corrosión.

•

Una forma de clasificar los ensayos es la siguiente: 

Ensayos de constitución: determinan la estructura interna de los materiales. Entre ellos tenemos análisis químico, para determinar los elementos químicos en un material; difracción de rayos X, para obtener la estructura cristalina; análisis macrográfico, estudio que emplea aumentos menores a 100; análisis microestructural, estudio que usa aumentos mayores a 100 empleando un microscopio óptico, un microscopio electrónico de barrido o uno de transmisión.



Ensayos mecánicos: estudian el comportamiento de los materiales cuando se les aplica una fuerza o carga externa. Estos se dividen en estáticos y dinámicos.

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Agenda de estudio

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

Ensayos no destructivos (END): Permiten detectar y en algunos casos localizar discontinuidades. También se pueden obtener algunas características o propiedades de los materiales. Se clasifican en métodos superficiales (inspección visual, líquidos penetrantes y partículas magnéticas) y métodos volumétricos (radiografía industrial -rayos X y rayos gamma ( γ )-, ultrasonido y corrientes inducidas).



Ensayos tecnológicos: Estudian el comportamiento de los materiales para un determinado tipo de trabajo.

El ensayo de tracción permite obtener la resistencia mecánica y la ductilidad de los materiales. Además se pueden determinar otras propiedades o características: módulo de rigidez, tenacidad, resiliencia elástica, etc. Los parámetros que nos informan de la resistencia mecánica son los siguientes: 

Límite de fluencia (σF ó σ0,2): en forma práctica marcará el comienzo de la deformación plástica. En la mayoría de materiales es el esfuerzo para una deformación plástica del 0,2%.



Resistencia a la tracción: σmáx = Fmáxima ; donde Ao es el área transversal inicial. Ao

Los parámetros que miden la ductilidad son los siguientes: 

Alargamiento de rotura en porcentaje: %ε = L F − L O x 100 ; donde la longitud final LO

(LF)se mide después de ocurrida la rotura de la probeta. Sólo considera la deformación plástica. 

Estricción de rotura en porcentaje: %φ = A o − A F x 100 ; AF se obtiene una vez Ao

rota la probeta. •

La dureza en los metales es una medida de la resistencia que ofrecen a ser deformados permanente. Se clasifica en dureza al rayado, dureza a la penetración (Brinell, Rockwell, Vickers y microdureza) y dureza dinámica, elástica o al rebote (dureza Shore).



Dureza Brinell: HB = F = π A S

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F D (D − D2 − d2 )

; AS es el área de la superficie de la

F huella. Q = 2 = 30 para aceros y hierros fundidos, 10 para el cobre y sus D aleaciones, 5 para el aluminio y sus aleaciones y 2,5 en metales muy blandos como estaño y plomo.



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Dureza Rockwell: HRB, HRC, etc. La escala B para metales blandos, emplea una billa de 1/16” y una carga total de 100 kg. La escala C para metales más duros, cuyo indentador es un cono de diamante y la carga total es 150 kg. En

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ambas escalas se aplica una pre-carga de 10 kg. La dureza se lee en el dial de la máquina. 

F (kg) Dureza Vickers: HV = F = 1,8544 2 ; es parecido al Brinell. El indentador AS d (mm 2 ) es único y es una pirámide de diamante de base cuadrada. Se puede medir dureza en metales extremadamente duros. Emplea cargas entre 1 g y 120 kg.

•

Ensayo de microdureza se refiere a la medición de durezas en áreas muy pequeñas; estas pueden ser mucho menores a 1 mm2. Se puede emplear Microdureza Vickers (la carga en este caso varía entre 1 g y 1 000 g). También, se utiliza Microdureza Knoop (HK).

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Ensayo de impacto estudia el comportamiento mecánico de los materiales cuando son sometidos a cargas de impacto y, por lo general, se determina la temperatura de transición. Las bajas temperaturas son las causantes que muchos materiales metálicos y poliméricos se vuelvan frágiles. Son tres los factores que contribuyen al comportamiento frágil:   

Bajas temperaturas Cargas (esfuerzos) aplicados en las tres direcciones Cargas aplicadas con impacto

Los dos primeros son suficientes para que ocurra una rotura frágil, pero el peligro se incrementa cuando las cargas son de impacto. Los metales FCC no presentan una temperatura de transición. Un material por debajo de su temperatura de transición tendrá un comportamiento frágil y a temperaturas mayores el comportamiento será tenaz.

Recuerde que el equipo de profesores especialistas está dispuesto y atento para absolver dudas y responder consultas sobre el tema.

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