Propiedades tecnológicas materiales

30,086 views

Published on

Published in: Education
4 Comments
10 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total views
30,086
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1,088
Actions
Shares
0
Downloads
843
Comments
4
Likes
10
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Propiedades tecnológicas materiales

  1. 1. MATERIALES INDUSTRIALES- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS DE LOS MATERIALES - TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II – 2º BACHILLERATO Luis Miguel GARCÍA GARCÍA-ROLDÁN Dpto. de Tecnología IES CAP DE LLEVANT - MAÓ Maó - 2010
  2. 2. Contenido  Propiedades tecnológicas de los materiales industriales.  Ensayo de propiedades físicas y químicas.  Ensayo de propiedades mecánicas: Los ensayos de tracción, compresión, dureza, tenacidad, fatiga.  Resolución de problemas de aplicación de la ley de Hooke utilizando el módulo de elasticidad.  Representación grafica de la curva tensión/alargamiento y reconocimiento de los puntos más destacados.  Resolución de problemas de cálculo de dureza. Seguridad en la asimilación de conceptos y en la resolución de problemas.  Ensayos tecnológicos. Descripción de otros tipos de ensayos (rayos X, ultrasónicos, etc.).  Rigor con los detalles que definen los ensayos.  Identificación de los materiales más utilizados en la industria por sus propiedades físicas y pruebas sencillas de reconocimiento.  Reconocimiento de la importancia que tienen los ensayos en la industria y la economía productiva. 2CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  3. 3. Propiedades de los materiales industriales  Propiedades químicas  Propiedades físicas  Propiedades mecánicas  Propiedades estéticas y económicas  Propiedades de fabricación 3CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  4. 4. Propiedades químicas Las propiedades químicas de los materiales son consecuencia directa de su estructura química. Existen dos procesos naturales que pueden alterar la composición química de un material:  Oxidación  Es la combinación de un material con el oxígeno para formar óxidos más o menos complejos  Corrosión  Es una oxidación que se produce en ambientes húmedos o en presencia de otras sustancias agresivas. La resistencia que ofrezca un material a la oxidación y a la corrosión son dos de sus principales propiedades químicas 4CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  5. 5. Propiedades físicas (I) Son consecuencia del ordenamiento en el espacio de los átomos. Las principales son:  Densidad  Es la relación entre la masa de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa. (Kg/m3)  Peso específico  Es la relación entre el peso de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa. (N/m3)  Propiedades eléctricas  Resistividad es la resistencia que ofrece un material al paso de corriente eléctrica. (m). Según sea la resistividad los materiales son conductores, aislantes o semiconductores. Superconductores.  Rigidez dieléctrica es la máxima tensión que puede soportar por unidad de longitud un aislante sin que se produzca en él una chispa o descarga (kV/cm) 5CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  6. 6. Propiedades físicas (II)  Propiedades térmicas  Dilatación térmica es el aumento de tamaño de un material al aumentar la Tª. Se debe a la mayor vibración de las partículas.  Calor específico es la cantidad de calor que hay que aportar a la unidad de masa de una sustancia para elevar un grado su Tª. ( J/(Kg K) )  Tª de fusión es la Tª a la que una sustancia empiece a fundirse.  Calor latente de fusión es el calor que hay que dar a la unidad de masa de una sustancia que está a la Tª de fusión para que pase de sólido a líquido. (kJ/mol)  Difusión es el desplazamiento de los átomos de un cuerpo desde su posición de equilibrio debido a la agitación térmica.  Conductividad térmica es la capacidad de un cuerpo para transmitir calor. (K) 6CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  7. 7. Propiedades físicas (III)  Propiedades magnéticas  Según cual sea el comportamiento frente a los campos magnéticos, los cuerpos pueden ser diamagnéticos (se oponen al campo magnético debilitándolo. Ej: oro, plata,…), paramagnéticos (aumentan ligeramente un campo magnético aplicado. Ej: oxígeno, aluminio,…) o ferromagnéticos (amplifican un campo magnético aplicado. Ej: hierro, cobalto, níquel,…).  Propiedades ópticas  Según sea el comportamiento de un cuerpo al recibir luz (ésta sufre reflexión, difusión y refracción), éste será opaco, transparente o translúcido. 7CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  8. 8. Propiedades mecánicas (I)  Elasticidad Es la capacidad para recuperar la forma primitiva cuando  cesa la carga que deforma a un material. Cuando se rebasa el límite elástico la deformación será permanente.  Plasticidad  Es la capacidad de un material para adquirir deformaciones permanentes sin llegar a la rotura. (maleabilidad y ductilidad).  Cohesión  Es la resistencia que ofrecen los átomos a separarse.  Dureza  Es la resistencia que ofrecen los cuerpos a ser rayados o penetrados. Depende de la cohesión atómica. 8CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  9. 9. Propiedades mecánicas (II)  Tenacidad Es la resistencia a la rotura por acción de fuerzas externas.   Fragilidad  Es la propiedad opuesta a la tenacidad. Intervalo plástico muy corto y límites elástico y de rotura muy próximos.  Resistencia a la fatiga  Es la resistencia que ofrecen un material a los esfuerzos repetitivos.  Resiliencia  Es la energía absorbida en una rotura por impacto. 9CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  10. 10. Propiedades estéticas y económicas  Propiedades estéticas  Aspecto. (Ej: ropa)  Textura. (Ej: madera)  Color. (Ej: ropa)  Olor. (Ej: madera)  Propiedades económicas  Precio del material.  Coste del transporte desde el lugar de producción hasta el de consumo.  Disponibilidad del material. 10CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  11. 11. Propiedades de fabricación Las propiedades de fabricación dan idea de la posibilidad de someter a un material a determinados procesos industriales.  Maleabilidad  Es la capacidad de un material para ser laminado.  Ductilidad  Es la capacidad de un material para ser convertido en hilos.  Forjabilidad  Es la capacidad de un material para ser forjado.  Maquinabilidad  Es la capacidad de un material para ser sometido a procesos de arranque de viruta. 11CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  12. 12. Selección de materiales No existe ningún material perfecto que sea utilizable en cualquier aplicación. Por este motivo, cuando se va a elegir un material con una finalidad determinada, es preciso sopesar sus cualidades y defectos y actuar en consecuencia PROPIEDADES ATRIBUTOS INTRÍNSECAS Precio y Disponibilidad Propiedades Mecánicas Propiedades de Fabricación DISEÑO Propiedades Físicas Propiedades Estéticas Propiedades Químicas 12CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  13. 13. Los ensayos industriales. Tipos (I) Los ensayos industriales son las diferentes pruebas o tests a los que se someten los materiales industriales para analizar, evaluar y/o cuantificar las diferentes propiedades mecánicas que tienen. Atendiendo a la forma de realizar los ensayos pueden clasificarse en:  Ensayos no destructivos: El material sometido a estos ensayos no ve alterada su forma y presentación original.  Ensayos destructivos: El material sometido a estos ensayos ve alterada su forma y presentación original.  Estáticos: cuando se somete al material a cargas o esfuerzos estáticos hasta ser destruido  Dinámicos: cuando se somete al material a golpes, desgastes, cambios en las cargas que soportan o en el sentido de éstas.  Tecnológicos: no son tan rigurosos como los anteriores y sirven para determinar con rapidez la composición, los tratamientos o el tipo de conformación de alguna pieza. 13CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  14. 14. Los ensayos industriales. Tipos (II) 14CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  15. 15. Ensayo de tracción. UNE 7-474 (I) Consiste en someter a una probeta de forma y dimensiones normalizadas a un sistema de fuerzas exteriores de tracción en la dirección de su eje longitudinal hasta romperla. Las probetas pueden se cilíndricas (para materiales forjados, fundidos, barras, redondos laminados y planchas de espesor grueso) o planas (para planchas de espesores medios y pequeños) y constan de una parte central calibrada que se ensancha en sus extremos para poder ser sujetadas por las mordazas de las máquinas de tracción. ENSAYO TRACCIÓN 15CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  16. 16. Ensayo de tracción. Diagrama (II) Un diagrama de tracción es la representación gráfica de los valores de las deformaciones (alargamientos) producidas (∆t) en un ensayo de tracción sobre el eje de abscisas y las fuerzas de tracción aplicadas el eje de ordenadas. O bien, una curva que relacione las tensiones de una sección transversal con las deformaciones relativas a la longitud inicial, llamada alargamientos unitarios.  Eje X:  = ∆ l / lo (deformación unitaria)  Eje Y:  = F / So (tensión)  Zona elástica: (hasta F4), se caracteriza porque al cesar las tensiones los materiales recuperan su longitud original lo.  Zona plástica: (hasta F7), se ha rebasado la tensión del límite elástico 4 de forma que aunque dejemos de aplicar tensiones de tracción, el material ya no recuperará su longitud original; es decir, su longitud será algo mayor que lo. El material ha sufrido deformaciones permanentes. 16CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  17. 17. Ensayo de tracción. Diagrama (III) Dentro de la zona elástica se distinguen otras dos zonas:  Zona de proporcionalidad: (hasta F3), Se trata de una recta, por tanto existe una proporcionalidad entre las tensiones aplicadas y los alargamientos unitarios. Matemáticamente se cumple:  = cte  Es la zona donde deben trabajar los materiales.  Zona no proporcional: (F3F4), El material se comporta de forma elástica pero las deformaciones y tensiones no están relacionadas linealmente. No es una zona aconsejable para trabajar los materiales, ya que no se puede controlar la relación deformación- tensión aplicada, aunque el material sea elástico. 17CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  18. 18. Ensayo de tracción. Diagrama (IV) Dentro de la zona plástica se distinguen otras dos zonas:  Zona límite de rotura: (F4F6), Zona de comportamiento muy similar a la anterior, donde a pequeñas variaciones de tensión se producen grandes alargamientos. La diferencia con la anterior es que los materiales no tienen comportamiento elástico, ya que se trata de la zona plástica donde las deformaciones son permanentes. El límite de esta zona es el punto 6 llamado límite de rotura, y a la tensión aplicada en dicho punto se la denomina tensión de rotura. A partir de este punto el material se considera roto, aunque no se haya producido la fractura visual.  Zona de rotura: (F6F7), Superado el punto 6, aunque se mantenga constante o baje ligeramente la tensión aplicada, el material sigue alargándose progresivamente hasta que se produce la rotura física total en el punto 7. 18CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  19. 19. Ensayo de tracción. Diagrama del acero (V) Este comportamiento de los materiales se puede generalizar. No obstante, existen algunas excepciones entre las que se encuentra el acero, cuya grafica del ensayo de tracción presenta una característica peculiar, que es la existencia de una zona localizada por encima del límite elástico, donde se produce un alargamiento muy rápido sin que varíe la tensión aplicada. Este fenómeno se conoce como fluencia, ya que el material fluye sin causa aparente. El punto donde comienza dicho fenómeno se llama límite de fluencia (B), y la tensión aplicada en dicho punto tensión de fluencia. La experiencia nos indica que P y E son puntos de difícil localización, lo que implica la imposibilidad de cuantificar sus tensiones correspondientes. En cambio, los puntos B y R quedan fácilmente localizados en los diagramas procedentes de las maquinas de ensayos. 19CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  20. 20. Ensayo de tracción. Ley de Hooke (VI) La Ley de Hooke tiene un carácter general, pero se aplica preferentemente a los ensayos de tracción, y dice que las deformaciones producidas en un elemento resistente son proporcionales a las tensiones que las producen, dentro de la zona de comportamiento elástico. tensión  tg  deformació n En el caso del ensayo de tracción, y en la zona de proporcionalidad que abarca desde el origen de coordenadas hasta el límite de proporcionalidad, se cumple:   tg   E  El valor de la tg a se conoce como módulo elástico o módulo de Young (E) y que representa la pendiente de la curva tensión-deformación en la región elástica. Es un parámetro característico de cada material, y se mide en kp/cm2 o N/m2 como , ya que  es adimensional. 20CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  21. 21. Ensayo de tracción. Ley de Hooke (VI) De esta forma podemos definir la Ley de Hooke en la tracción como: los alargamientos unitarios (deformaciones) son proporcionales a las tensiones que los producen, siendo la constante de proporcionalidad el módulo elástico.  F lo E   S o l que es la ecuación fundamental de la tracción, que solo es aplicable en la zona de proporcionalidad, ya que una vez rebasado dicho límite el comportamiento no es lineal. 21CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  22. 22. Ensayo de tracción. Tensión máxima de trabajo (VII) En la fase de diseño de una pieza, hay que evitar el sobredimensionarla o que trabaje en zonas de deformaciones plásticas. Además del diagrama de fuerzas que actúan sobre una pieza tenemos que tener en cuenta otros tipos de tensiones que podemos llamar imprevistas. La normativa establece una tensión máxima de trabajo (t), que definiremos como el límite de carga al que podemos someter una pieza de manera que:  Que el elemento resistente no padece deformaciones plásticas.  Que cumple la Ley de Hooke.  Que permite un margen de seguridad que asume la posibilidad de la aparición de fuerzas imprevistas. Se obtiene dividiendo las tensiones de fluencia (f) o de rotura (r) por un numero n que llamaremos coeficiente de seguridad: f r t  t  n n 22CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  23. 23. Ensayo de tracción. Tensión máxima de trabajo (VIII) 23CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  24. 24. Ensayo de tracción. Ejercicios (IX) ___EJERCICIO___  Sabiendo que la carga máxima aplicada en un ensayo de tracción sobre una probeta normalizada de 150 mm2 de sección es de 50000N, calcula la tensión de rotura Fr 50000N 1kp σr    34.01 kp/mm 2 So 150mm 2 9.8N 24CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  25. 25. Ensayo de tracción. Ejercicios (X) ___EJERCICIO___  Una pieza de latón deja de tener un comportamiento elástico para tensiones superiores a 345MPa. El módulo de elasticidad del latón es 10.3x104 Mpa.  ¿Cuál es la fuerza máxima que puede aplicarse a una probeta de 150 mm2 de sección, sin que se produzca deformación plástica? F 1m2 E  E FE   E So  345MPa150mm  345x10 Pa  150mm 2 6 2  51750 N So 106 mm2  Cuál es la longitud máxima a la que puede ser estirada sin que se produzca deformación plástica? Longitud de la pieza: 70mm  F lo F lo 51750 N 0.07 m E  l    0.23 mm  S o l S o E 150x10 -6 m 2 10.3x10 4 MPa l  lo  l  70 mm  0.23 mm  70 .23 mm 25CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  26. 26. Ensayo de dureza Brinell (UNE 7-422-85) (I) Consiste en comprimir una bola de acero templado, de un diámetro determinado contra el material a ensayar, por medio de una carga (F) y durante un tiempo determinado. Medimos el diámetro de la huella y calculamos la dureza del material, en función de la carga aplicada y el área del casquete de la huella, según la ecuación: F HB  S donde: HB = Dureza en grados Brinell; F= Carga aplicada (kg); S = Área del casquete La superficie del casquete de la huella es: S  D f donde: D = diámetro de la bola (mm); f = profundidad de la huella (mm). Sustituyendo S en la ecuación de dureza podemos dejar ésta en función de los diámetros de la bola y del casquete: F HB  D 2  D  D2  d 2  26CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  27. 27. Ensayo de dureza Brinell (UNE 7-422-85) (II) Generalmente se calcula la dureza Brinell (HD) por medio de tablas, donde conocido el diámetro de la huella, se encuentra directamente el valor de la dureza. Este ensayo tiene limitaciones si se aplica a materiales de espesores inferiores a 6 mm ya que se deforma el material y los resultados que se obtienen son erróneos. En este caso, se disminuye el diámetro de la bola (teniendo en cuenta que se cumple la relación entre diámetros de d = 0.375 D) y la carga aplicada que tiene que ser proporcional al cuadrado del diámetro (P=KD2), para que las huellas obtenidas sean semejantes y los resultados comparables. La constante de proporcionalidad K depende de la clase de material a ensayar, siendo mayor para materiales duros y menor para los blandos. Respecto a los tiempos de aplicación de cargas durante el ensayo, varían entre 30 segundos para los aceros y 3 minutos para los materiales más blandos. ENSAYO DUREZA BRINELL 27CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  28. 28. Ensayo de dureza Vickers (UNE 7-423-84) Se utiliza para durezas superiores a 500 HB aunque se puede utilizar tanto para materiales duros como blandos, y además los espesores de las piezas pueden ser muy pequeños (hasta 0,05 mm). El penetrador utilizado es una pirámide regular de base cuadrada, cuyas caras laterales forman un ángulo de 136°. Las cargas que se utilizan son muy pequeñas, de 1 a 120 Kg, aunque lo normal es emplear 30 kg. El grado de dureza Vickers (HV) se obtiene de modo similar al Brinell: F HV  S donde HV = Dureza en grados Vickers; F = Carga aplicada sobre el penetrador (Kg). S = Superficie lateral de la huella (mm2). lh Calculo de la superfície lateral: S 4 2 sustituyendo en la fórmula del grado de dureza Vickers: F HV  1.8543 d2 ENSAYO DUREZA VICKERS 28CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  29. 29. Ensayo de dureza Rockwell (UNE 7-424-89) (I) El método Brinell no permite medir la dureza de los aceros templados porque se deforman las bolas. Se utiliza la màquina Rockwell que, a diferencia de los anteriores, determina la dureza en función de la profundidad de la huella. Es un ensayo muy rápido y fácil de realizar, pero menos preciso que los anteriores. Es válido para materiales blandos y duros. El penetrador consiste en una bola para materiales blandos, obteniéndose el grado de dureza Rockwell bola (HRB); o bien, un cono de diamante de 120° para materiales duros, del que resulta el grado de dureza Rockwell cono (HRC). 29CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  30. 30. Ensayo de dureza Rockwell (UNE 7-424-89) El procediendo es el siguiente: 1. Se aplica una carga de 10 kg al penetrador (cono o bola) hasta conseguir una pequeña huella, se mide su profundidad h1, que se toma como referencia, colocando el comparador de la máquina a cero. 2. Se aumentan las cargas en 90 kg para el penetrador de bola y 140 kg para el de cono, se mantiene la carga un tiempo comprendido entre 3 y 6 segundos, y se mide la profundidad producida h2. 3. Se retiran las cargas adicionales. El penetrador se recuperará y ascenderá hasta la posición h1 + e. El valor de e no es 0, ya que las deformaciones que se producen en el material son plásticas y elásticas, y al dejar de aplicar las cargas adicionales permanecen únicamente las deformaciones permanentes o plásticas, cuyo valor es e. La dureza Rockwell no se expresa directamente en unidades de penetración, sino por el valor diferencia respecto a dos números de referencia: Dureza Rockwell HRB = 130 - e Dureza Rockwell HRC = 100 - e 30CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  31. 31. Ensayos de dureza (I) 31CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  32. 32. Ensayos de dureza (II) 32CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  33. 33. Ensayos de dureza (III) ___EJERCICIO___  En una pieza sometida a una ensayo de dureza Brinell, con una carga de 500Kp y un diámetro de bola de 5mm, se ha obtenido un diámetro de huella de 2.3mm. Halla el grado de dureza Brinell F HB  F HB  D   S D S  D f D2  d 2 2 500Kp HB   568HB π 5mm 2  5mm  25mm2  5.29mm2  33CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  34. 34. Ensayo de compresión. Sirve para averiguar el comportamiento de los materiales ante esfuerzos de compresión aplicando una tensión hasta conseguir la rotura de la probeta. Se realizan con una máquina universal de ensayos y se pueden aplicar tanto a metales como a no metales.  Para los metales se usan probetas cilíndricas de una altura igual al diámetro, para evitar el pandeo o flexión lateral. Su comportamiento ante esfuerzos de compresión depende de la fragilidad del metal.  Para los no-metales, como los materiales pétreos o el hormigón, se usan probetas cúbicas. En este tipo de materiales, la carga de rotura por compresión es muy superior a la carga por tracción. ENSAYO COMPRESIÓN 34CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  35. 35. Ensayo de cizallamiento. Sirven para determinar el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo cortante. Este ensayo se aplica a materiales destinados a la fabricación de tornillos, remaches, clavos… y se puede efectuar mediante una máquina universal de ensayos, aunque no existen probetas normalizadas para ello. Si la pieza A tiene una parte saliente, cuando se aplique sobre ella un esfuerzo cortante P tan cerca como sea posible de la línea de separación entre las dos partes, la parte saliente tenderá a deslizará. El esfuerzo  del material, que se opone a este deslizamiento se podrá calcular con la expresión: F Donde  = esfuerzo cortante (kg/mm2)  P = tensión o esfuerzo aplicado (kg) So S0 = sección inicial de la probeta (mm2) P So 35CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  36. 36. Ensayo de pandeo. Si se somete una probeta de gran longitud y poca sección a un esfuerzo de compresión en la dirección del su eje no se producirá aplastamiento sino se doblará lateralmente. Esta flexión lateral es el pandeo. Este ensayo se efectúa para a conocer las deformaciones producidas por las cargas en columnas, bielas, vigas, barras, etc. Prácticamente no se usa en el caso de piezas de máquinas, pero es muy importante en construcciones de hormigón armado. La máquina que se utiliza tiene que reproducir las condiciones reales de pandeo. ENSAYO DE PANDEO 36CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  37. 37. Ensayo de torsión. Se realizan sobre tornillos, árboles de transmisión y sobre todas las piezas que trabajan soportando esfuerzos de torsión. Las probetas utilizadas tienen forma de barras o tubos de sección circular.  En las probetas en forma de barra, la tensión de torsión en el centro es nula y va aumentando hacia los extremos.  En las probetas en forma de tubo, la distribución de los esfuerzos es más repartida. Las máquinas usadas en este tipo de ensayos disponen de dos cabezales con una mordaza cada uno que sujeta la pieza. Uno de los cabezales dispone de un motor eléctrico que somete a la probeta un movimiento de rotación uniforme. En el otro cabezal existe un cuerpo pendular que mide el momento de torsión en función del desplazamiento vertical. ENSAYO DE TORSIÓN 37CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  38. 38. Ensayo de flexión Probetas de sección rectangular o cuadrada, que están apoyadas libremente sobre sus extremos, son sometidas a un esfuerzo creciente aplicado en su parte central, punto en el que se medirá la deformación por flexión de la pieza mediante un fexímetro. Tal y como se ve en la figura, las fibras superiores de la probeta es contraen debido a que están sometidas a compresión mientras que las fibras inferiores se estiran al estar sometidas a un esfuerzo de tracción. La capa de fibras que quede en el medio (línea neutra) no experimenta ninguna variación de longitud. Las tensiones serán, entonces, mayores cuanto más estén alejadas las fibras de la línea neutra. 38CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  39. 39. Ensayo de resistencia al choque. Resiliencia. (UNE 7-475-92) Pretende determinar energía absorbida por una probeta normalizada al provocar su rotura de un solo golpe. Este ensayo es muy importante para conocer el comportamiento del material destinado a la fabricación de ciertas piezas y órganos de máquinas, ya que han de estar sometidos a esfuerzos dinámicos. Las probetas para el ensayo suelen tener 55mm de longitud, una sección cuadrada de 10 mm de lado y en el punto medio de su longitud está entallada. La entrada puede ser de dos tipos, en forma de V i forma de U. La maquina más utilizada en el ensayo de resiliencia es el péndulo de Charpy, que consta de una base rígida con dos soportes verticales unidos en la parte superior por un eje horizontal; dicho eje lleva acoplado un brazo giratorio en cuyo extremo va situado un martillo en forma de disco que golpea la probeta y produce su rotura. La resiliencia se obtiene como: Ep donde: Ep= Energía absorbida en la rotura; p S= Sección de la probeta. S La resiliencia se expresa en julios/cm2. ENSAYO DE RESILIENCIA 39CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  40. 40. Ensayo de fatiga. (I) Las piezas que están sometidas a esfuerzos variables en magnitud y sentido que se repiten con cierta frecuencia se pueden romper con cargas inferiores a las de rotura, incluso cuando se trabaja por debajo del límite elástico, siempre que las cargas actúen durante un tiempo suficiente. A este fenómeno se le conoce con el nombre de fatiga. Leyes fundamentales de la fatiga:  Las piezas metálicas pueden romperse bajo esfuerzos unitarios inferiores a su carga de rotura, e incluso a su límite elástico, si el esfuerzo se repite un número suficiente de veces.  Para que la rotura no tenga lugar, con independencia del número de ciclos, es necesario que la diferencia entre la carga máxima y la mínima sea inferior a un determinado valor, llamado límite de fatiga. 40CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  41. 41. Ensayo de fatiga. (II) Los ensayos de fatiga más habituales son los de flexión rotativa y torsión. Las roturas de las piezas por fatiga presentan dos zonas bien definidas, una de grano fino mate y distribución ondular que parece surgir de un punto defectuoso, y otra de grano grueso brillante que indica la rotura final. En el proceso de fatiga se distinguen tres fases esenciales: una de incubación a partir de la fisura interna, otra de maduración progresiva y la última, instantánea, es la rotura efectiva. Dispositiva para el ensayo de fatiga de una pieza en voladizo. Regulando la frecuencia de giro del motor se controla la frecuencia de los esfuerzos, que caminaran alternativamente de tracción a compresión y viceversa. ENSAYO DE FATIGA POR TORSIÓN 41CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  42. 42. Ensayo de plegado Sirve para estudiar las características de plasticidad de los materiales metálicos. Para ello, se doblan las probetas en condiciones normalizadas, y se observa si aparecen grietas en la parte exterior de la curva, donde los esfuerzos de tracción son elevados. El ensayo se puede realizar en frío y en caliente según condiciones normalizadas. Las probetas son prismáticas, de sección rectangular, pulidas, y la cara de tracción tiene las aristas redondeadas. El ensayo se puede llevar a cabo de tal forma que las caras de la probeta queden como se muestra en la Figura. Ensayo de plegado. a) en contacto; b) paralelas a una distancia determinada; ENSAYO DE PLEGADO c) formando un ángulo. 42CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  43. 43. Ensayo de embutición Es uno de los mas importantes para las planchas, pues es conveniente conocer el grado de embutido que tienen. El ensayo consiste en presionar un vástago sobre la chapa hasta que se produce la primera grieta. Se comprueba el grado de embutición midiendo la penetración en milímetros del punzón o vástago hasta la aparición de la primera grieta. 43CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  44. 44. Ensayo de forja Establecen el comportamiento del material en los trabajos de forja. Los más usados son:  Platinado: Consisten en ensanchar a golpes de plana (martillo de forja) una pletina puesta a temperatura de forja, hasta que aparecen grietas en las aristas.  Recalcado: Se realizan estos ensayos sometiendo probetas cilíndricas de doble longitud que de diámetro a una operación de recalcado (acortamiento) a golpes de martillo, puesta la probeta a temperatura de forja.  Mandrilado: Se utilizan estos ensayos para determinar la capacidad de perforación de láminas. Para realizarlo se calienta a la temperatura de forja la chapa que se desea ensayar, y después se perfora con un punzón troncocónico hasta que aparezcan grietas. El resultado del ensayo se valora en función del diámetro alcanzado en el orificio antes de la aparición de las grietas.  Soldadura: Consiste en cortar una barra en dos partes, posteriormente soldarlas i someter la soldadura a ensayos de plegamiento por la unión de soldadura, de tracción o de resiliencia. 44CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  45. 45. Ensayos macroscópicos Estudian las irregularidades de las piezas a primera vista o mediante ampliaciones de hasta 15 aumentos. Se usan para localizar brechas superficiales y porosidades mediante la utilización de algún líquido penetrante como aceite o petróleo, así como para determinar descarburaciones y cementaciones mediante la utilización de ácidos que atacan al material. 45CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  46. 46. Ensayos ópticos Estudian irregularidades mediante ampliaciones mayores de 15 aumentos. Las zonas a estudiar son pequeñas y se supone que el resto del material es idéntico. Estos ensayos proporcionan información sobre los constituyentes de las aleaciones, el tamaño y forma del grano, las porosidades, las brechas microscópicas y la corrosión intergranular. Se utiliza un microscopio metalográfico, que permite observar la pieza sin ser atacada por ningún reactivo. 46CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  47. 47. Ensayos magnéticos Están basados en la variación de les propiedades magnéticas del material cuando tiene alguna perturbación estructural. Poden ser de dos tipos: magnetoscópicos i analíticos.  Magnetoscópicos: aplicables a los materiales ferromagnéticos, es a decir, buenos conductores de los campos magnéticos. Se basan en las variaciones de las líneas de fuerza del campo magnético producidas cuando hay defectos de continuidad en las piezas.  Analíticos: se usan para detectar defectos de continuidad en las piezas y para determinar la composición de una aleación 47CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  48. 48. Ensayos eléctricos Están basados en la variación de resistencia que se produce en un material conductor cuando contiene alguna impureza o deformación. Recordamos que la resistencia de una pieza depende de su geometría. 48CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  49. 49. Ensayos ultrasónicos Los ensayos ultrasónicos se basan en la diferencia de transmisión de los ultrasonidos a través de un material cuando presenta errores en su estructura. Las ondas más usadas presentan una frecuencia comprendida entre 105 y 107 kHz, y pueden atravesar capas de acero de unos pocos metros de grosor. Para realizar estos ensayos se utilizan básicamente dos métodos: por transmisión y por reflexión. En ambos casos, cuando las ondas encuentran un defecto de continuidad en el material, no se propagan y el sistema receptor transforma la señal recibida en otra señal óptica o eléctrica. 49CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS
  50. 50. Ensayos con rayos X y rayos gamma Los rayos X y gamma tienen una longitud de onda muy corta y por tanto un gran poder penetrador para atravesar materiales que no pueden ser atravesados por otras radiaciones. Los ensayos consisten en lanzar una radiación sobre la pieza a ensayar que, tras atravesarla, impresionan una película fotográfica obteniendo una radiografía de la pieza. Las uniformidades en las piezas generaran diferencias de tonalidad en la impresión fotográfica. Los ensayos con rayos X se utilizan para piezas de hasta 100mm de espesor, mientras que los rayos gamma atraviesan piezas de hasta 250mm de espesor. 50CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS

×