Ensayos mecánicos
Tabla de contenido
Ensayos de tracción
• Generalidades
De manera general, el ensayo consiste en someter una probeta metálica estandarizada a un esfuerzo de tracción controlado. Con los resultados del ensayo estudiamos cómo se comportan los materiales dúctiles basándonos en sus propiedades. Nos permite verificar la capacidad de soportar carga y su deformación típica asociada. A partir de la carga aplicada y la medición de la elongación de la probeta se realiza el diagrama de tensión (σ) vs. Deformación (ε), mediante el cual logramos analizar y comparar el comportamiento practico con el teórico de las probetas. También se determinan propiedades mecánicas tales como límite de proporcionalidad, limite elástico, tensión de fluencia, resistencia a la tracción final o tensión de rotura.
• Propiedades que se miden en los Ensayos de Tracción
Norma de Aplicación: ASTM E8M y ASTM E370, Secciones 7 a 14.
¿Qué medimos?
Límite de Elasticidad (R): es la tensión aplicada al material a partir de la cual comienza a producirse la deformación.
Resistencia a la Tensión: es un valor que indica la capacidad de un metal para resistir la deformación y el fallo cuando se aplican cargas de tracción.
Límite de Proporcionalidad: valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada.
Resistencia a la Tracción Final: la máxima tensión a la que se expone un espécimen durante las pruebas. La fuerza de tensión final es una de las propiedades más importantes que podemos determinar sobre un material.
Punto de Fluencia: tensión en la que la deformación aumenta sin que aumente la tensión. Sólo unos pocos materiales (especialmente el acero) tienen un punto de fluencia y, normalmente, sólo bajo cargas de tensión.
Ensayos de Doblado
• Historial
El ensayo de doblado llamado también plegado nos permite conocer la capacidad de deformación de un material al ser doblado sin fisurarse.
Concepto: Consiste en doblar materiales y observar si aparecen fisuras.
• Características
El ensayo de doblado se aplica en frío o en caliente para chapas, cintas, alambres y tubos, con objeto de determinar la capacidad del metal de soportar el doblado hasta un ángulo requerido, hasta que los dos planos sean paralelos, o hasta la coincidencia de las caras. Después de pasar el ensayo las probetas no han de tener fisuras.
Este método nos permite conocer la plasticidad de los diferentes materiales metálicos y como consecuencia conocer la forma en que se puede trabajar con ellos.
• Método de Ensayo
El ensayo de plegado descrito en la figura se realiza colocando la probeta sobre dos apoyos (rodillos), cuya separación está normalizada.
Se aplica luego una fuerza con otro rodillo que va aumentando progresivamente hasta que el material se dobla completamente o comienzan a aparecer las primeras fisuras. El ensayo de doblado (Bend Testing) de los metales se realiza de acuerdo con la norma ASTM E290 y ASTM E370, Sección 15.
• Doblado Alternativo
El ensayo de doblado alternativo (fig. 2) de las chapas finas y alambres se efectúa en frío. La probeta para ensayar se fija en un tornillo de banco y se somete al doblado en dos direcciones perpendiculares hasta que se rompe la probeta.
El número de alternancias indica la capacidad de un material para servir en distintas aplicaciones.
Impacto
• General
El ensayo de Impacto Charpy consiste en la ruptura de una probeta entallada mediante la aplicación de un impacto con un martillo. En este ensayo se mide la energía absorbida por el material al deformarse y romperse. Los resultados de este ensayo permiten evaluar la tenacidad[1] y resiliencia de un acero. Estos resultados también permiten evaluar cómo influye la temperatura en el cambio de la tenacidad ya que cuando la temperatura aumenta se presenta un aumento de su tenacidad debido al cambio de tipo de fractura de frágil a dúctil.
Es muy importante saber los efectos que tiene la temperatura sobre estas propiedades mecánicas de los materiales, pero en particular es importante notar el efecto que tiene sobre la tenacidad, ya que es importante tener esto en cuenta al momento de utilizar un material en un lugar donde haya bajas temperaturas por razones de seguridad.
• Introducción
Es importante conocer cuál es el comportamiento mecánico de los materiales, cuando estos se encuentran expuestos a diferentes condiciones. Es por eso que muchos de los ensayos de impacto se realizan en estados en las cuales se favorece la fractura frágil. Es importante realizar estos ensayos parque es la mejor forma de comprender el comportamiento de estos materiales para saber su adecuado uso y así evitar los proble mas principales que con esto se busca evitar. Cabe destacar también que es importante para las maniobras y usos en el campo de la construcción y el mundo a futuro o para la generación futura.
El ensayo de Charpy es basado en la teoría de la conservación de la energía entre dos puntos, de esa forma es posible obtener la energía que se pierde al chocar el martillo con la muestra de un determinado material con dimensiones estandarizadas (Probeta de Impacto). Por medio del ensayo de Charpy, es posible estimar la resistencia a la deformación que provoca la rotura en el material, la resiliencia y a partir de las características de falla deducir que tipo de material se tiene, si dúctil o frágil y que tanto de tenacidad tiene.
El ensayo de impacto Charpy (Impact Testing) de los metales se realiza de acuerdo con la norma ASTM E370.
Dureza
• GENERALIDADES
La dureza es la resistencia que opone un cuerpo al ser penetrado por otro cuerpo (más duro)». Esta definición, tan sencilla y clara, se ha consolidado en el ámbito de la técnica y sigue siendo válida actualmente. La dureza técnica es un parámetro mecánico que se emplea para describir un material o el estado de un material.
La dureza no se puede medir directamente, sino que se deriva de unos parámetros de medición primarios (por ejemplo, la fuerza de ensayo, profundidad de penetración, área de indentación). Según el método de ensayo de dureza empleado, el valor de dureza se determina:
- a partir de la fuerza de ensayo y de una variable geométrica que caracteriza la huella de dureza (por ejemplo, la profundidad de indentación)
- simplemente, a través de una longitud que caracteriza la huella
- a través de otra respuesta del material (p. ej. resistencia al rayado)
La aplicación del ensayo de dureza le permite evaluar las propiedades de un material, tales como su fuerza, ductilidad y resistencia al desgaste. También le ayuda a determinar si un material o el tratamiento de un material es adecuado para el propósito deseado.
El ensayo de dureza se define como «una evaluación que permite determinar la resistencia de un material a la deformación permanente mediante la penetración de otro material más duro». No obstante, la dureza no es una propiedad fundamental de un material. Sin embargo, cuando se extraen conclusiones de un ensayo de dureza, siempre se debe evaluar el valor cuantitativo en relación con:
- La carga aplicada en el penetrador.
- Un perfil de tiempo de carga específico y una duración de carga específica.
- Una geometría de penetrador específica.
El ensayo de Dureza (Hardness) de los metales se realiza de acuerdo con la norma ASTM E370.
• ENSAYOS DE DUREZA A LA PENETRACIÓN
En estos ensayos se mide la resistencia de un material al ser penetrado por una pieza de otro material, denominado penetrador, el cual se empuja con una fuerza controlada y durante un tiempo fijo contra la superficie del material cuya dureza se desea calcular. La velocidad de aplicación de la carga debe ser lenta para que no ejerza influencia en la medida.
El valor de la dureza se obtiene dividiendo la fuerza aplicada al penetrador entre la superficie de la huella que deja en el material.
• ENSAYO BRINELL
Fue ideado en los años 1900 por el ingeniero sueco Johann August Brinell. El penetrador es una esfera de acero templado, de gran dureza, que oscila entre 1 y 10 mm, a la que se le aplica una carga preestablecida de entre 3000 y 1.25 kp durante 15 segundos. La bola penetra dejando una marca.
La dureza se calcula dividiendo el valor de la fuerza F aplicada al penetrador entre la superficie S de la huella (impronta) que produce en el material.
donde HB es la dureza Brinell, y se mide en kp/mm².
El ensayo de Dureza Brinell se realiza de acuerdo con la norma ASTM E370.
• ENSAYO VICKERS
La dureza Vickers se calcula dividiendo la fuerza con la que se aprieta el penetrador entre el área de la huella que deja.Se utiliza como penetrador un diamante tallado en forma de pirámide cuadrangular con un ángulo de 136° entre dos caras opuestas. El ángulo coincide con el valor de 2q del ensayo Brinell para la relación d/D=0,375 con el fin de que las durezas Brinell y Vickers coincidan.
La fuerza se expresa en kp, la superficie en mm² y la unidad de dureza Vickers (HV) en kp/mm².
ENSAYO ROCKWELL
Debido a su rapidez de medida y al pequeño tamaño de las huellas que ocasiona, es el ensayo más utilizado. Sin embargo, su exactitud es menor. Se mide la profundidad de la huella.
- Para materiales entre 60 y 150 HV se utiliza un penetrador esférico de acero de 1,59 mm de diámetro. Así se obtiene la escala de dureza Rockwell B (HRB).
- Para materiales entre 235 y 1075 HV se emplea un cono de diamante con un ángulo de 120° y redondeado en su punta con un casquete esférico de radio 0,2 mm. Así se obtiene la escala de dureza Rockwell C (HRC).
El ensayo de Dureza Rockwell se realiza de acuerdo con la norma ASTM E370.
