ENSAYOS DE ENSAYOS DE MATERIALESMATERIALES

ENSAYO DE TENSION ENSAYO DE TENSION

CURVA FUERZA-DEFORMACIONCURVA FUERZA-DEFORMACION

El valor límite entre la zona elástica y El valor límite entre la zona elástica y la zona plástica es el la zona plástica es el punto de punto de fluenciafluencia (yield point) (yield point)

Probeta al inicio, al momento de llegar a la carga Probeta al inicio, al momento de llegar a la carga máxima y luego de la ruptura.máxima y luego de la ruptura.

ESFUERZOSESFUERZOS

Syp = Fyp /A0Syp = Fyp /A0

Sult = Fmáx / A0Sult = Fmáx / A0

Unidades : Unidades : Kg/mm2Kg/mm2 o o MpaMpa o o KpsiKpsi

Considerando una probeta cilíndricaConsiderando una probeta cilíndricaAo = PI*D^2/4Ao = PI*D^2/4

Analizando las probetas después de rotas, es posible Analizando las probetas después de rotas, es posible medir dos parámetros: El alargamiento final medir dos parámetros: El alargamiento final LfLf ( (Figura 11Figura 11) )

y el diámetro final y el diámetro final DfDf , que nos dará el área final , que nos dará el área final AfAf . .

Estos parámetros se expresan como Estos parámetros se expresan como porcentaje de reducción de área porcentaje de reducción de área %RA%RA y y porcentaje de alargamiento entre marcas porcentaje de alargamiento entre marcas %D L%D L::

% RA=Ao-Af/Ao % RA=Ao-Af/Ao x 100x 100 % %

DEF DEF LL =Lf-Lo/Lo =Lf-Lo/Lo x 100.x 100.

ductilidadductilidad del material, es la capacidad del material, es la capacidad para para fluirfluir, es decir, la capacidad para , es decir, la capacidad para alcanzar grandes deformaciones sin alcanzar grandes deformaciones sin romperseromperse

fragilidad fragilidad se define como la negación de se define como la negación de la ductilidadla ductilidad

Un material poco dúctil es frágilUn material poco dúctil es frágil

El área bajo la curva fuerza - El área bajo la curva fuerza - desplazamiento (F versus def L) desplazamiento (F versus def L) representa la energía disipada durante el representa la energía disipada durante el ensayo, es decir la cantidad de energía ensayo, es decir la cantidad de energía que la probeta alcanzó a resistir. A mayor que la probeta alcanzó a resistir. A mayor energía, el material es más energía, el material es más tenaztenaz..

El esfuerzo s , que tiene unidades de El esfuerzo s , que tiene unidades de fuerza partido por área, ha sido definido fuerza partido por área, ha sido definido anteriormente, la deformación anteriormente, la deformación unidimensionalunidimensional

Los diagramas esfuerzo-deformación de diversos Los diagramas esfuerzo-deformación de diversos materiales varían ampliamente y diferentes ensayos de materiales varían ampliamente y diferentes ensayos de tensión con el mismo material pueden producir tensión con el mismo material pueden producir resultados diferentes de acuerdo con la resultados diferentes de acuerdo con la temperatura temperatura de de la probeta y la la probeta y la velocidadvelocidad de carga. de carga.

Sin embargo, es posible distinguir algunas Sin embargo, es posible distinguir algunas características comunes a los diagramas de varios características comunes a los diagramas de varios grupos de materiales y dividirlos en dos amplias grupos de materiales y dividirlos en dos amplias categorías: materiales dúctiles y materiales frágiles, categorías: materiales dúctiles y materiales frágiles, conceptos definidos anteriormente.conceptos definidos anteriormente.

ENSAYO DE IMPACTO O ENSAYO DE IMPACTO O RESILENCIA RESILENCIA

Probetas de un ensayo de Probetas de un ensayo de impactoimpacto

El ensayo de impacto consiste en dejar El ensayo de impacto consiste en dejar caer un pesado péndulo, el cual a su paso caer un pesado péndulo, el cual a su paso golpea una probeta que tiene forma golpea una probeta que tiene forma paralelepípeda ubicada en la base de la paralelepípeda ubicada en la base de la máquina.máquina.

TENACIDAD: una medida de energía que TENACIDAD: una medida de energía que un material puede absorber antes de un material puede absorber antes de fracturar fracturar

La probeta posee un entalle estándar para La probeta posee un entalle estándar para facilitar el inicio de la fisura; este entalle recibe facilitar el inicio de la fisura; este entalle recibe el nombre de V-Notch. el nombre de V-Notch.

Luego de golpear la probeta, el péndulo sigue Luego de golpear la probeta, el péndulo sigue su camino alcanzando una cierta altura que su camino alcanzando una cierta altura que depende de la cantidad de energía disipada al depende de la cantidad de energía disipada al golpear. golpear.

Las probetas que fallan en forma frágil se Las probetas que fallan en forma frágil se rompen en dos mitades, en cambio aquellas con rompen en dos mitades, en cambio aquellas con mayor ductilidad se doblan sin romperse. mayor ductilidad se doblan sin romperse.

Este comportamiento es muy dependiente de la Este comportamiento es muy dependiente de la temperatura y la composición química, esto temperatura y la composición química, esto obliga a realizar el ensayo con probetas a obliga a realizar el ensayo con probetas a distinta temperaturadistinta temperatura

Para evaluar la existencia de una Para evaluar la existencia de una "temperatura de transición dúctil-frágil"."temperatura de transición dúctil-frágil".

Este ensayo se lleva a un gráfico en Este ensayo se lleva a un gráfico en donde se puede apreciar un fuerte cambio donde se puede apreciar un fuerte cambio en la energía disipada para algunos en la energía disipada para algunos aceros de bajo carbono. Mientras que el aceros de bajo carbono. Mientras que el níquel no muestra una variación notable.níquel no muestra una variación notable.

ENSAYO DE DUREZAENSAYO DE DUREZA

DurezaDureza SuperficialSuperficial, es la resistencia de , es la resistencia de un material a ser marcado por otroun material a ser marcado por otro..

Resistencia a la deformaciónResistencia a la deformación

Es el caso de las herramientas de Es el caso de las herramientas de construcción (palas, carretillas, pisos, construcción (palas, carretillas, pisos, tolvas). tolvas).

El ensayo es realizado con indentadores El ensayo es realizado con indentadores en forma de esferas, pirámides o conos.en forma de esferas, pirámides o conos.

Estos elementos se cargan contra el Estos elementos se cargan contra el material y se procede a medir el tamaño material y se procede a medir el tamaño de la huella que dejan.de la huella que dejan.

Es un ensayo fácil y no destructivoEs un ensayo fácil y no destructivo Puede realizarse en cualquier sitio, ya que Puede realizarse en cualquier sitio, ya que

existen durímetros fácilmente transportables.existen durímetros fácilmente transportables. Una de las ventajas del ensayo de dureza es Una de las ventajas del ensayo de dureza es

que los valores entregados pueden usarse para que los valores entregados pueden usarse para hacer una estimación de la resistencia a la hacer una estimación de la resistencia a la tracción. tracción.

La dureza superficial puede aumentarse La dureza superficial puede aumentarse añadiendo al material una capa de carbono, en añadiendo al material una capa de carbono, en un tratamiento térmico denominado un tratamiento térmico denominado cementacióncementación

La clasificación y los métodos varían con La clasificación y los métodos varían con cada material, dando origen a los números cada material, dando origen a los números de dureza:de dureza:

HBNHBN (Hardness (Hardness BrinellBrinell Number) Number) HRAHRA, , HRBHRB, , HRCHRC, ... (Hardness , ... (Hardness RockwellRockwell

series A, B, C, ...)series A, B, C, ...) HVNHVN (Hardness (Hardness VickersVickers Number) Number)

ENSAYO DE BRINELLENSAYO DE BRINELL

Ensayo BRINELL.Ensayo BRINELL. IndentadorIndentador: : Esfera de 10mm de acero o carburo de Esfera de 10mm de acero o carburo de

tungsteno. tungsteno. CargaCarga = P = P FórmulaFórmula: :

HBNHBN = =

ESFERAESFERA

ENSAYO VICKERSENSAYO VICKERS

IndentadorIndentador: Pirámide de diamante: Pirámide de diamante CargaCarga = P = P FórmulaFórmula: :

HVNHVN = 1,72 = 1,72

PIRAMIDEPIRAMIDE

Ensayo ROCKWELL A, C, DEnsayo ROCKWELL A, C, D

IndentadorIndentador: Cono de diamante (HRA, : Cono de diamante (HRA, HRC, HRD)HRC, HRD)

CargaCarga: : PA = 60 Kg. PA = 60 Kg.

PC = 150 Kg.PC = 150 Kg.PD = 100 Kg.PD = 100 Kg.

FormulaFormula: HRA, HRC, HRD = 100 - 500t: HRA, HRC, HRD = 100 - 500t

CONO DE DIAMANTECONO DE DIAMANTE

Ensayo ROCKWELL B, F, G, EEnsayo ROCKWELL B, F, G, E IndentadorIndentador: : Esfera de acero f = 1/16 ‘’Esfera de acero f = 1/16 ‘’

(HRB, HRF, HRG)(HRB, HRF, HRG) Esfera de acero f = 1/8 ‘’Esfera de acero f = 1/8 ‘’

(HRE)(HRE) CargaCarga: : PB = 100 KgPB = 100 Kg

PF = 60 KgPF = 60 KgPG = 150 KgPG = 150 KgPE = 100 KgPE = 100 Kg

FormulaFormula: HRB, HRF, HRG, HRE = 130 - 500t: HRB, HRF, HRG, HRE = 130 - 500t

ESFERAESFERA

Equivalencias entre algunos de los números de dureza superficial Equivalencias entre algunos de los números de dureza superficial

y presenta una estimación de la resistencia a la traccióny presenta una estimación de la resistencia a la tracción.. Dureza

Rockwell Dureza Vickers

HV

Dureza Brinell

HB HRB HRC

Resistencia a la Tensión

N/mm2.

80 76 255

85 80,7 41 270

90 85,5 48 285

95 90,2 52 305

100 95 56,2 320

105 99,8 335

110 105 52,3 350

115 109 370

120 114 66,7 385

125 119 400

130 124 71,2 415

135 128 430

140 133 75 450

145 138 465

150 143 78,7 480

155 147 495

160 152 510

165 156 530

170 162 85 545

310 295 31 995

320 304 32,2 1030

330 314 33,3 1060

340 323 34,4 1095

350 333 35,5 1125

360 342 36,6 1155

370 352 37,7 1190

380 361 38,8 1220

390 371 39,8 1255

400 380 40,8 1290

410 390 41,8 1320

420 399 42,7 1350

430 409 43,6 1385

ENSAYO DE FATIGAENSAYO DE FATIGA

Un ensayo especial es el ensayo de fatiga Un ensayo especial es el ensayo de fatiga con probeta rotatoria.con probeta rotatoria.

En el cual una probeta se hace girar por En el cual una probeta se hace girar por medio de un motor, mientras se le aplica medio de un motor, mientras se le aplica una carga conocida. una carga conocida.

La probeta queda sometida a una flexión La probeta queda sometida a una flexión alternada, que se traduce en que un punto alternada, que se traduce en que un punto cualquiera de la probeta queda sometido a cualquiera de la probeta queda sometido a un ciclo de cargas que va de tracción a un ciclo de cargas que va de tracción a compresión. compresión.

Esto produce fisuras que se van Esto produce fisuras que se van propagando lentamente, reduciendo el propagando lentamente, reduciendo el área hasta un punto tal en que la probeta área hasta un punto tal en que la probeta no pueda resistir la carga aplicada y se no pueda resistir la carga aplicada y se rompe.rompe.

Máquina de Ensayo de FatigaMáquina de Ensayo de Fatiga

Probeta Estandarizada del Probeta Estandarizada del Ensayo de FatigaEnsayo de Fatiga

Variando el peso aplicado en el ensayo, y Variando el peso aplicado en el ensayo, y anotando la cantidad de ciclos que la anotando la cantidad de ciclos que la probeta resistió antes de romperse, se probeta resistió antes de romperse, se puede obtener el gráficopuede obtener el gráfico

La curva es decreciente hasta el millón de La curva es decreciente hasta el millón de ciclos, luego de los cuales la probeta no ciclos, luego de los cuales la probeta no se rompe. Esta carga que no logra romper se rompe. Esta carga que no logra romper la probeta, es la carga de vida infinita y el la probeta, es la carga de vida infinita y el esfuerzo que provoca es el llamado límite esfuerzo que provoca es el llamado límite de resistencia a la fatiga: de resistencia a la fatiga: Se Se ..

Este valor Este valor SSe se utilizará para diseñar e se utilizará para diseñar elementos sometidos a cargas fluctuantes, elementos sometidos a cargas fluctuantes, como es el caso de los ejes en general.como es el caso de los ejes en general.

Existen dos formas de identificar los aceros: la primera es a través de su composición química, por ejemplo utilizando la norma AISI:

Nº AISI: Descripción Ejemplo

10XX Son aceros sin aleación con 0,XX % de C (1010; 1020; 1045)

41XX Son aceros aleados con Mn, Si, Mo y Cr (4140)

51XX Son aceros aleados con Mn, Si y C (5160)

Nº SAE o AISI

Resistencia a la tracción

Rm

Límite de fluencia

Re Alargamiento

en 50 mm Dureza Brinell

Kgf / mm2 Mpa Kgf/mm2 Mpa %

1010 40,0 392,3 30,2 292,2 39 109 1015 42,9 420,7 32,0 313,8 39 126 1020 45,8 449,1 33,8 331,5 36 143 1025 50,1 491,3 34,5 338,3 34 161 1030 56,3 552,1 35,2 345,2 32 179 1035 59,8 586,4 38,7 377,5 29 190 1040 63,4 621,7 42,2 413,8 25 201 1045 68,7 673,7 42,2 413,8 23 215 1050 73,9 724,7 42,2 413,8 20 229 1055 78,5 769,8 45,8 449,1 19 235 1060 83,1 814,9 49,3 483,5 17 241 1065 87,0 853,2 51,9 509,0 16 254 1070 90,9 891,4 54,6 535,4 15 267 1075 94,7 928,7 57,3 560,9 13 280 1080 98,6 966,9 59,8 586,4 12 293

Tabla 1 Propiedades Mecánicas. Barras de acero en caliente.

TERMOFLUENCIATERMOFLUENCIA

Ensayos anteriores hechos a diferentes Ensayos anteriores hechos a diferentes temperaturas.temperaturas.

El punto de fluencia se mueve El punto de fluencia se mueve dependiendo de la temperatura.dependiendo de la temperatura.

MUCHAS GRACIASMUCHAS GRACIAS