TEMA 1: ENSAYO Y MEDIDA DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

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1 TEMA 1: ENSAYO Y MEDIDA DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Realizado por: Rebeca Ortiz López

2 INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA
ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ¿QUÉ SE PRETENDE? CLASIFICACIÓN a) Según la rigurosidad del ensayo: Ensayos científicos: Se obtienen valores precisos y reproducibles de las propiedades ensayadas (condiciones normalizadas)  Ensayo de tracción (kp/mm2) Ensayos tecnológicos: Se comprueba si un material es adecuado para una cierta utilidad.  Pruebas de caída, maleabilidad de un material de forja, flexión alternativa en alambres. Conocer las propiedades de los materiales. Simular las condiciones una vez expuestos Organismo normalizador en España: Dicta Normas UNE (Una Norma Española)

3 INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA
ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS CLASIFICACIÓN b) Según la naturaleza del ensayo: Ensayos químicos: composición del material. Ensayos metalográficos: estructura interna Ensayos físicos: densidad, punto de fusión, de ebullición, conductividad eléctrica, etc. Ensayos mecánicos: resistencia del material  Ensayo de dureza, tracción, choque, fatiga o diversos tecnológicos. d) Según la velocidad de aplicación de las fuerzas: Ensayos estáticos: La velocidad no influye en el resultado. Ensayo de tracción Ensayos dinámicos: la velocidad juega un papel decisivo.  Ensayo de flexión, por choque. c) Según su utilidad: Ensayos destructivos: produce rotura o daño en la estructura del material. Ejemplos: Ensayos mecánicos: tracción, dureza, compresión, flexión, pandeo , torsión. Ensayos físicos: ebullición, conductividad eléctrica. Ensayos químicos: corrosión. Ensayos no destructivos: se analizan los defectos de la pieza sin dañar su estructura. Ejermplos:  Ensayos de defectos: Sónicos, ultrasónicos, magnéticos, eléctricos, rayos x, rayos gamma, etc.  Estructurales: Cristalográficos, micrográficos, etc.

4 Diagrama de Tensión -Deformación
INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE TRACCIÓN ¿En qué consiste? El ensayo se realiza alargando una probeta de geometría normalizada, con una longitud inicial Lo, que se ha amarrado entre las mordazas de una máquina. Una de las mordazas de la máquina esta unida al cabezal móvil y se desplaza respecto a la otra con velocidad lenta y constante.  Determina las propiedades mecánicas de un material. (Ensayo mecánico)  Durante el ensayo se mide el alargamiento AL, al estar sometido a una Fuerza F. Diagrama de Tensión -Deformación Esfuerzo o Tensión aparente: Fuerza aplicada por unidad de sección Deformación: alargamiento experimentado entre su longitud inicial 1 Mpa = 10^6 Pa 1 Gpa = 10^9 Pa La deformación es adimensaional. Se puede expresar en %

5 INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA
ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE TRACCIÓN Zona proporcional (OP): relación de proporcionalidad entre la tensión y la deformación Zona elástica (OE): si se detiene recupera su longitud inicial. Zona no proporcional (PE): no existe relación de proporcionalidad entre tensión y deformación. Diagrama Tensión -Deformación Zona de deformación plástica uniforme (ER): Se consiguen grandes alargamientos con un pequeño incremento de la tensión. En el punto R existe el límite de rotura y la tensión en ese punto se llama tensión de rotura ( σR). Zona plástica (EU): aunque se detenga, no recupera su longitud inicial Zona de estricción o de deformación plástica localizada (RU): aunque disminuye la tensión, el material se deforma hasta la rotura.

6 INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA
ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE TRACCIÓN Resultados del ensayo Límite de proporcionalidad Tensión a partir de la cual las deformaciones dejan de ser proporcionales a las tensiones. Límite de elasticidad Tensión a partir de la cual las deformaciones en la probeta dejan de ser reversibles. Límite de deformación permanente. Tensión que provoca una deformación permanente. Límite de pérdida de proporcionalidad. Tensión que provoca un alargamiento no proporcional. Módulo de Young (E). Relación entre la tensión y la deformación en la zona proporcional.

7 INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA
ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE TRACCIÓN Resultados del ensayo Resistencia a tracción. Máxima tensión que soporta la probeta en el ensayo. Resistencia a la rotura. Tensión soportada en el momento de la rotura. Es muy próxima a la resistencia a la tracción y no tiene interés práctico. Alargamiento de rotura. Mayor alargamiento plástico alcanzado en la probeta. LF

8 INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA
ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE TRACCIÓN Resultados del ensayo Estricción de rotura. Disminución de la sección después de rotura. Trabajo de deformación. Superficie bajo la curva fuerza-alargamiento. Representa el trabajo para romper la probeta. También la capacidad del material para absorber trabajo.

9 Curva de tracción verdadera
INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE TRACCIÓN Curva de tracción verdadera TENSIÓN APARENTE Y VERDADERA (I y II) DEFORMACIÓN APARENTE Y VERDADERA (III) CURVA DE TRACCIÓN VERDADERA (IV)

10 Tensión máxima de trabajo
INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE TRACCIÓN Tensión máxima de trabajo DISEÑO DE ELEMENTOS DENTRO DE LA ZONA DE PROPORCIONALIDAD. Se asegura que la deformación sea reversible. 2. NO SE SUELE CONOCER EXACTAMENTE LAS FUERZAS QUE ACTUAN.  Peso del puente, automóviles, personas, viento, nieve, etc. 3. SE SUELEN MAYORAR LAS FUERZAS ACTUANTES  Se multiplican por un coeficiente de seguridad. SE SUELE MINORAR LA RESISTENCIA DEL MATERIAL  Se divide por un coeficiente mayor que la unidad.

11 INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA
ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE DUREZA Definición de dureza: Resistencia que ofrece un material a ser rayado o penetrado. Depende de su elasticidad y de su estructura cristalina. En los metales puros la dureza aumenta proporcionalmente a la cohesión y al nº de átomos por unidad de volumen. ensayos Tipos de Ensayos de dureza al rayado Escala de Mohs Dureza de Martens Ensayos de dureza a la penetración Ensayo Brinell Vickers Rockwell

12 ENSAYO DE DUREZA AL RAYADO
INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE DUREZA AL RAYADO Escala de Mohs: Fue establecida por el alemán Friedrich Mohs. Se compara el material que se quiere analizar con 10 minerales: Método impreciso. No puede utilizarse para medir la dureza de los metales. Dureza Martens: Se emplea un cono de diamante con el que se raya la superficie del material. La dureza es el inverso de la anchura. A mayor anchura, menor dureza.

13 ENSAYO DE DUREZA A LA PENETRACIÓN
INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE DUREZA A LA PENETRACIÓN Ensayo Brinell PENETRADOR: Esfera de acero templado gran dureza  DIAMETRO: entre 1 y 10 mm  CARGA: entre 3000 – 1,25 kp / 15 seg.  Unidad dureza Brinell: kp/mm2 HB: Hardness Brinell kp/mm2

14 ENSAYO DE DUREZA A LA PENETRACIÓN
INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE DUREZA A LA PENETRACIÓN Ensayo Brinell Limitaciones de la huella: El diámetro de la bola ha de elegirse en función del espesor de la pieza sometida a ensayo. Relación Fuerza-Diámetro: Resistencia a tracción en función de su dureza brinell.

15 ENSAYO DE DUREZA A LA PENETRACIÓN
INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE DUREZA A LA PENETRACIÓN Ensayo Brinell INCONVENIENTES NO SE PUEDE HACER SOBRE SUPERFICIES ESFÉRICAS O CILÍNDRICAS. GRANDES ERRORES DE MEDIDA CON PEQUEÑA DEFEFORMACIÓN DE LA HUELLA. SOLO SE APLICA A MATERIALES DE DUREZA NO MUY ALTA Y MENOR QUE EL PENETRADOR.

16 ENSAYO DE DUREZA A LA PENETRACIÓN
INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE DUREZA A LA PENETRACIÓN Ensayo Vickers PENETRADOR: Diamante en forma de pirámide  Angulo de 136 º entre dos caras opuestas. Dureza Brinell y Vickers coinciden hasta el valor 300 Unidad dureza Vickers: kp/mm2 La fuerza Vickers se calcula: kp/mm2

17 ENSAYO DE DUREZA A LA PENETRACIÓN VENTAJAS CON RESPECTO A BRINELL
INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE DUREZA A LA PENETRACIÓN Ensayo Vickers La carga suele ser de 30 Kp ( 1 á 120) Los espesores pueden ser más pequeños que Brinell VENTAJAS CON RESPECTO A BRINELL No es necesario sustituir penetrador con las cargas. Se puede usar en superficies curvas. Valor de dureza independiente de la carga. Se puede usar para materiales más duros que Brinell.

18 ENSAYO DE DUREZA A LA PENETRACIÓN
INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO DE DUREZA A LA PENETRACIÓN Ensayo Rockwell  MUY USADO POR RÁPIDO  MENOS EXACTO QUE OTROS.  SE MIDE LA PROFUNDIDAD HUELLA (no área): ROCKWELL B ( HRB): - Materiales blandos ( HV) y bola acero de 1,59mm de ᴓ ROCKWELL C (HRC): - Materiales duros ( HV) y diamante cónico 120° Pasos: 1º Precarga de 10 kp para h1 2º Resto de carga (90 y 140) para h2 3º Reducción hasta precarga para h3 e= h3 – h1 HRC = 100 – e HRB = 130 – e Medida de e en múltiplos de 0,002 mm (máx 0,2 mm)

19 ENSAYOS DE RESISTENCIA AL IMPACTO
INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYOS DE RESISTENCIA AL IMPACTO Miden la resistencia al choque o la tenacidad de los materiales. TENACIDAD: Capacidad para almacenar energía por deformación plástica antes de romper. Ensayo de tracción por choque: poco frecuente. La preparación de las probetas resulta cara. Ensayo de flexión por choque: el más utilizado es el ensayo de resilencia (KCV) “ensayo Charpy”. Consiste en golpear una probeta por el lado opuesto a la entalla con un péndulo que se deja caer libremente. J/m2

20 INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA
ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYO FATIGA FATIGA: situación en la que se encuentran algunas piezas de motores, puentes, etc, en las que están sometidas a cargas cíclicas cuya intensidad posee un valor inferior al crítico de rotura del material. FATIGA EN ELEMENTOS SIN DEFECTO: 2 ETAPAS: - Nucleación de fisuras - Crecimiento hasta rotura frágil Ejemplos: bielas, ejes. FATIGA EN ELEMENTOS CON DEFECTO: - En uniones de piezas siempre hay microfisuras. - La duración depende del crecimiento de las fisuras. -Se hace necesario ensayos no destructivos.  Ejemplos: puentes, aviones, barcos…

21 INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA
ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYOS TECNOLÓGICOS VERIFICAN SOLO UNA APLICACIÓN DEL MATERIAL SE USAN SI NO NOS SIRVE EL E. CIENTÍFICO. SON MUY NUMEROSOS. DEPENDE DE LA FORMA GEOMÉTRICA DEL MATERIAL. SE SIMULAN BAJO CONDICIONES REALES. Tipos En barras En chapas En tubos En alambres De flexión y plegado: flexibilidad del material. Finaliza cuando la barra alcanza el ángulo previsto o aparecen fisuras. De recalcado: comportamiento del material bajo esfuerzos de compresión o de choque. De maleabilidad: Se golpea con un martillo hasta que la anchura sea una vez y media la inicial o aparezcan fisuras. De mandrilado: Tiene una perforación en la que se introduce un punzón hasta que el diámetro sea el doble o aparezcan fisuras.

22 INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA
ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYOS TECNOLÓGICOS Tipos En barras En chapas En tubos En alambres De flexión alternativa: Se dobla una chapa 90º hasta que aparezcan fisuras o se produzca la rotura De embutición: Se estampa una bola sobre una chapa, desplazándose hasta que se producen fisuras. De ensanchamiento o abocardado: Se introduce mediante golpes o a presión un cono engrasado. De aplastamiento: Se comprime un tubo entre dos placas paralelas, con el fin de que las paredes no se aplasten por completo. De estanqueidad: Se introduce en el interior de un tubo un líquido a una presión entre 1,25 y 1,5 veces superior a la que va a tener que soportar. De recanteado o abocardado plano: consiste en doblar el extremo de un tubo a temperatura alta. El ensayo finaliza cuando el diámetro del anillo alcanza el valor previsto.

23 INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA
ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYOS TECNOLÓGICOS Tipos En barras En chapas En tubos En alambres De flexión alternativa: Determina el comportamiento de un alambre bajo esfuerzos de flexión. Se dobla el alambre 90º. Termina cuando se produce la rotura o se alcanza un nº de ciclos determinado. De retorcido: Determina el grado de torsión de un alambre, midiendo el nº de vueltas que se le pueden comunicar antes de que se produzca la rotura.

24 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
INDICE TIPOS DE ENSAYOS ENSAYO DE TRACCIÓN ENSAYO DE DUREZA ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO ENSAYO DE FATIGA ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Una vez que se ha terminado la fabricación de un producto: ¿Puede asegurarse que este cumple con las exigencias de calidad sin someterlo a algún tipo de control? Métodos utilizados Ensayos macroscópicos: líquidos penetrantes para localizar poros, grietas, etc. Ensayos ópticos: información acerca de grietas, poros, tamaño y forma de grano, corrosión, etc. Ensayos eléctricos: varía la resistencia eléctrica si presentan grietas, poros, etc. Ensayos con ultrasonidos: defectos de continuidad en el material. Ensayos rayos X y ﻻ: radiografía y gammagrafías para cualquier irregularidad.