La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Objetivo de los ensayos: Conocer las propiedades de los nuevos materiales, la influencia de la composición química o de los tratamientos térmicos. Evaluar el futuro comportamiento de una pieza en servicio. Determinar las posibles causas del fallo en servicio de una pieza y las formas de evitarlo en el futuro. Seleccionar los materiales más adecuados para un determinado uso. Clasificación de los ensayos: Químicos: Determinar la composición química y resistencia a los agentes químicos del material. Metalográficos: Emplear microscopios para observar la macro y microestructura, es decir, el tratamiento mecánico y térmico que ha sufrido el material. Físicos: Evaluar las propiedades físicas y detectar heterogeneidades y defectos internos del material. Mecánicos: Evaluar la elasticidad y resistencia del material.
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos metalográficos: clasificación. Macroscópicos: desde simple vista hasta 15 aumentos. Microscópicos: desde 15 aumentos en adelante. Ensayos metalográficos: fases previas. Selección y extracción de la probeta: Depende del fin a investigar (exterior, central, paralela, perpendicular,etc.). Desbaste: Poner al descubierto la superficie metálica libre de impurezas y dar conformación plana (limas, muelas de esmeril, carborundum, diamante, papel de esmeril). Pulido: Obtención de una superficie reflectora (con abrasivos o electrolíticamente). Ensayos metalográficos: Macroscopía. Suministra información sobre la macroestructura: Segregaciones. Inclusiones no metálicas. Tratamientos termoquímicos. Defectos de fabricación. Orientación de los granos. Penetración del temple.
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos metalográficos: Macroscopía. Se puede llevar a cabo sobre: Superficies naturales (fracturas). Superficies preparadas sin ataque. Superficies preparadas con ataque. Impresión del azufre (Baumann): AgBr H2SO4 2% FeS+H2SO4FeSO4+H2S MnS+H2SO4MnSO4+H2S Pieza Ag2S+2HBr2AgBr+H2S Impresión del fósforo: Molibdato amónico HNO3 Fosfomolibdato Pieza HCl/ SnCl2 Azul de Molibdeno
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos metalográficos: Microscopía. Suministra información sobre la macro y microestructura: Estructuras de las aleaciones (tratamientos térmicos). Tamaño y forma de los granos. Naturaleza de las inclusiones no metálicas. Defectos microscópicos. Corrosiones intregranulares. Capas superficiales. Microscopio Metalográfico Lente Colectora Lente Ocular Espejo Plano Foco Luminoso Objetivo Espejos Cóncavos Muestra
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos metalográficos: Microscopía. Microscopio Electrónico Cañón de electrones Haz de electrones Las lentes magnéticas enfocan el haz de electrones sobre la muestra de 5 a 200 nm Lentes condensadoras magnéticas Controles de las bobinas de barrido Lentes objetivo magnéticas Detector de Rayos x Detector de e- Muestra Pantalla A la bomba de vacío Interacciones elásticas: electrones retrodispersados. Interacciones inelásticas: electrones secundarios, electrones Auger, rayos X y a veces fotones de longitudes de onda más corta.
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos físicos: clasificación. Ensayos térmicos. Ensayos magnéticos. Ensayos eléctricos. Ensayos de penetración superficial. Ensayos de ultrasonidos. Ensayos de rayos x. Ensayos de rayos . Ensayos físicos: ensayos térmicos. Consisten en medir alguna propiedad (absorción o desprendimiento de calor, dilatación, conductividad eléctrica, imanación, volumen específico, etc.) del metal en función de la temperatura o el tiempo. En los métodos térmicos diferenciales se mide la diferencia de la propiedad del metal problema respecto a un testigo. Permiten determinar los puntos críticos ya que al cambiar la estructura se producirán cambios bruscos en la propiedad medida.
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos físicos: ensayos magnéticos. Consisten en medir variaciones de alguna propiedad magnética debida a perturbaciones estructurales. Ensayos físicos: ensayos eléctricos. Consisten en medir variaciones de alguna propiedad eléctrica debida a perturbaciones estructurales. Ensayos físicos: ensayos de penetración superficial. Consisten en detectar defectos superficiales haciendo entrar en la pieza un líquido que posteriormente se detecta con métodos adecuados. Cabe citar: Por exudación de aceite. Por fluorescencia. Por exudación de un líquido coloreado (xilol, tetralina, alcohol isopropílico y rojo organol). Empleando una disolución de isótopos radioactivos (sal de torio).
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos físicos: ensayos con ultrasonidos. Consisten en detectar defectos internos basándose en la reflexión de las ondas sonoras al atravesar medios de diferente densidad. Emisor Emisor Receptor Pieza Defecto Pieza Defecto Receptor Transmisión Reflexión Ensayos físicos: ensayos con rayos X. Consisten en en detectar defectos internos basándose en la absorción de rayos X. Io Io Pieza Defecto I I´
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos físicos: ensayos con rayos . Consisten en en detectar defectos internos basándose en la absorción de rayos . Ventajas: Posibilidad de examinar piezas de mayor espesor. Instrumentación más sencilla. Resulta más sencillo alcanzar partes de las piezas poco asequibles. Facilidad de transporte al pie de obra. Inconvenientes: Peligro del empleo de material radioactivo. Para pequeños espesores la sensibilidad no es buena. Tiempos de exposición prolongados (varias horas).
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: clasificación. Ensayos estáticos: Tracción. Compresión. Cizalladura. Flexión. Pandeo. Torsión. Ensayos con tensiones múltiples. Ensayos de dureza. Ensayos de duración: Fatiga. Fluencia. Ensayos tecnológicos. Ensayos mecánicos: tracción. Estudio del comportamiento de un material sometido a un esfuerzo de tracción progresivamente creciente, ejercido por una máquina apropiada, hasta conseguir la rotura.
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: tracción. Diagrama tipo de esfuerzos y deformaciones Lo So Lv Sv F B H A C D F P E O
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: tracción. Zona de proporcionalidad (OA): Se cumple la ley de Hooke, es decir, = E., donde E es el módulo de elasticidad (E=tg). Podemos definir: Límite real de elasticidad (E): Mayor esfuerzo que, al dejar de actuar, no produce ninguna deformación permanente. Límite de proporcionalidad (P): Esfuerzo por encima del cual las deformaciones dejan de ser proporcionales a los esfuerzos aplicados. Información que se obtiene. El valor de E está relacionado con la naturaleza de los enlaces interatómicos (E=f(Tf/V2)): Los materiales con E elevado se utilizan cuando se precisa una gran rigidez (poca deformación bajo cargas). Los materiales con E bajo se utilizan cuando se precisa absorber trabajos de choque (elevada deformación antes de rotura).
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: tracción. Zona de deformaciones permanentes (AF): Al cesar el esfuerzo la probeta no recupera la longitud inicial. Por encima de B el material se comporta de forma plástica (conserva la deformación permanente) y comienza la fluencia (el material se alarga aunque no aumente el esfuerzo o disminuya). Podemos definir: Límite de fluencia o límite elástico aparente (F): Esfuerzo a partir del cual las deformaciones se hacen permanentes. Información que se obtiene. El valor de F depende de la composición química del material y del tratamiento térmico al que se haya sometido: Aumenta con el contenido en carbono. Aumenta con el temple y disminuye con el revenido y recocido.
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: tracción. Zona de estricción y rotura (FH): Se produce una disminución importante de la sección (estricción). Al aumentar la estricción el esfuerzo disminuye. Podemos definir: Esfuerzo de rotura (R): Esfuerzo máximo que soporta la probeta. Esfuerzo último (v): Esfuerzo en el momento de la rotura. Alargamiento de rotura: =((lv-lo)/lo)x100. Estricción de rotura: =((So-Sv)/So)x100. Información que se obtiene. El valor de R depende de los mismos factores que F: Cuanto mayor es la diferencia entre R y F mejor soporta el material las deformaciones plásticas sin romperse. La diferencia es máxima con el recocido y mínima con el temple. Los valores de y varían en sentido opuesto a R y F.
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: compresión. Estudio del comportamiento de un material sometido a un esfuerzo de compresión progresivamente creciente, ejercido por una máquina apropiada, hasta conseguir la rotura o aplastamiento. Carga Probeta Ensayos mecánicos: cizallamiento. Estudio del comportamiento de un material sometido a un esfuerzo cortante progresivamente creciente, ejercido por una máquina apropiada, hasta conseguir la rotura por deslizamiento a lo largo de la sección de cizallamiento. Carga Probeta
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: flexión. Estudio del comportamiento de un material, apoyado libremente por sus extremos, sometido a un esfuerzo en su parte central progresivamente creciente, ejercido por una máquina apropiada, midiéndose la deformación producida. Carga Probeta Ensayos mecánicos: pandeo. Estudio del comportamiento de un material, cuya longitud es relativamente grande con respecto a la sección, sometido a un esfuerzo de compresión progresivamente creciente, ejercido por una máquina apropiada, hasta conseguir la flexión lateral o pandeo. Carga Probeta
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: torsión. Estudio del comportamiento de un material sometido a un esfuerzo de torsión progresivamente creciente, ejercido por una máquina apropiada, hasta conseguir la rotura. Probeta Carga Ensayos mecánicos: tensiones múltiples. Estudio del comportamiento de un material sometido a esfuerzos que actúan en varias direcciones (tensiones múltiples). Ensayo de tracción estática con probetas entalladas. Estudio del efecto de las tensiones triaxiales que se originan en una probeta entallada al someterla a un esfuerzo axial de tracción progresivamente creciente. Entalla Carga Carga Probeta
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: tensiones múltiples. Ensayos por choque: método de Charpy. Consiste en romper mediante un solo golpe, con un péndulo, una probeta entallada midiéndose la resiliencia, , que es la relación entre el trabajo absorbido en la rotura (en julios) y la sección de rotura (en m2).
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: dureza. Concepto de dureza en metalurgia. Resistencia que oponen los materiales a dejarse penetrar por otros más duros. Métodos estáticos. Los distintos ensayos de dureza (Brinell, Vickers y Rockwell) se diferencian en la forma del penetrador, la carga aplicada y la forma de expresar los resultados. Dureza de Brinell. La impresión se produce mediante una bola de acero extraduro (para durezas elevadas carburo de volframio). P d D
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: dureza. Métodos estáticos. Dureza de Brinell. Ventajas Inconvenientes No destructivo. Se puede efectuar en diversos puntos de la pieza (homogeneidad). Fácil de ejecutar Permite calcular aproximadamente R: R=mH+n Con durezas por encima de 400 Kp/mm2 no da buenos resultados y por encima de 600 Kp/mm2 no es aplicable (deformación de la bola). Lentitud. Dureza de Vickers. La impresión se produce mediante una pirámide cuadrangular de diamante. P l2 l1
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: dureza. Métodos estáticos. Dureza de Vickers. Ventajas Inconvenientes Se pueden medir materiales de dureza más elevada (hasta 1000 Kp/mm2). Medidas más precisas. Lentitud. Dureza de Rockwell. La impresión se produce mediante un penetrador de diamante en forma cónica. 10 kg 150 kg 10 kg ho h Ventajas Inconvenientes Rapidez. Menos preciso.
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: dureza. Métodos dinámicos. Ventajas Inconvenientes Aparatos muy sencillos y portátiles. Rapidez. Aplicables en cualquier lugar. Aplicables tanto a piezas grandes como pequeñas. Menor exactitud y precisión. Método de choque (Poldi). Similar al método de Brinell pero aquí la bola actúa por golpe. Método de retroceso (esclerómetro Shore y duroscopio). Se mide el retroceso de un martillo con punta redondeada de diamante al golpear el material. En el esclerómetro de Shore el martillo cae perpendicularmente mientras que en el duroscopio cae pendularmente.
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: fatiga. Concepto de fatiga. Rotura de un material, con cargas variables, inferiores a la de rotura, e incluso al límite elástico, siempre que actúen durante un tiempo suficiente. Se denomina límite de fatiga al máximo esfuerzo que no produce rotura, cualquiera que sea el número de esfuerzos que actúen. Tipos de ensayos. De tracción-compresión con esfuerzo axial: Probetas de sección rectangular o cilíndrica sometidas a un esfuerzo axial alterno de tracción-compresión. De flexión rotativa: Probetas cilíndricas empotradas por uno de los extremos en un mandril que las hace girar a un cierto número de revoluciones mientras por el otro extremo actúa un momento flector constante. De flexión plana: Probetas de sección rectangular empotradas por un extremo y sometidas por el otro a un momento flector alterno. De torsión: Probetas de sección circular empotradas por un extremo y sometidas por el otro a un momento de torsión alterno.
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: fluencia viscosa (creep). Concepto de fluencia viscosa (). Deformación lenta en función del tiempo, después de la aplicación del esfuerzo, de materiales sometidos a temperaturas elevadas (300-1400ºC) y cargas permanentes. =f(,T,t) Realización del ensayo. Se obtienen las familias de curvas de frente a t para distintas cargas. Del gráfico se deduce la velocidad de fluencia (d/dt) en un instante dado para cada carga y a la temperatura del ensayo. Se obtienen una familia de curvas para cada temperatura. Se obtiene la familia de rectas para un tiempo determinado (p.e. 1000 horas). Se obtiene la familia de curvas temperatura/carga. T=Kte T d/dt 4 v4 v3 3 v3 v3 v1 2 v2 v2 v2 1 v1 v1 1000 h t 1 2 3
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: ensayos tecnológicos. Concepto de ensayos tecnológico. No se pretende obtener valores cuantitativos sino un juicio rápido y aproximado sobre alguna característica del material. Ensayo de chispa. Consiste en presionar contra una muela de esmeril un trozo de acero observando el haz de chispas que se obtiene, así como el color y la forma de las mismas. Se obtiene información sobre la composición química. Ensayo de fractura. Consiste en producir una fractura en el material por cualquier procedimiento y examinarla con una lupa. Se obtiene información sobre el estado del material. Ensayo de forjado. Consiste en conocer de antemano el comportamiento del material frente a un tipo de trabajo de forja. Ensayo de desgaste. Consiste en evaluar la resistencia al desgaste por rozamiento de los materiales midiendo el peso del mismo antes y después del ensayo.
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: ensayos tecnológicos. Ensayos sobre planchas. Plegado: Consiste en doblar el material observando si aparecen grietas en la parte exterior de la curva. Se obtiene información sobre la plasticidad del material. Doble plegado: Consiste en doblar una lámina fina en dos direcciones perpendiculares observando si aparecen grietas. Doblado alternativo: Consiste en doblar una lámina fina 90º hacia uno y otro lado contando el número de veces requerido para que la lámina se rompa. Recuperación elástica: Consiste en doblar una lámina fina un determinado ángulo , dejando posteriormente la lámina en libertad y midiendo el ángulo final 1. A -1 se denomina ángulo de recuperación elástico. Embutido: Consiste en medir la capacidad para resistir deformaciones hasta la aparición de roturas al embutir en la plancha una pieza esférica. Según el aspecto que presenta la rotura se obtiene información sobre la calidad de los tratamientos térmicos.
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos) Ensayos mecánicos: ensayos tecnológicos. Ensayos sobre tubos. Doblado: Consiste en rellenar un tubo de paredes delgadas con plomo o arena y doblar en torno a un yunque midiendo el ángulo en el que aparece la primera grieta. Plegado: Consiste en colocar el tubo entre dos planchas presionando hasta que las paredes interiores se unen o adaptan a una pieza rectangular colocada en su interior. Se examina si aparecen grietas. Ensanchamiento: Consiste en doblar hacia fuera los bordes del tubo 60º, 90º y 180º observando si aparecen grietas. Presión interior: Consiste en introducir líquidos o gases a elevada presión observando si aparecen grietas. Ensayos sobre varillas y alambres. Se realizan ensayos de doblado, doblado alternativo, plegado, doblado con entalla, arrollamiento (enroscar un alambre en torno a otro de igual diámetro y después se endereza observando la superficie) y torsión (se sujeta el alambre por un extremo y se hace girar por el otro contando el número de vueltas necesario para romperlo).