ENSAYOS DESTRUCTIVOS METALÚRGICOS Tercera parte

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1 ENSAYOS DESTRUCTIVOS METALÚRGICOS Tercera parte ENSAYO DE DESGASTE El ensayo de desgaste por abrasión se realiza en una máquina especial, formada por una bancada robusta que irá en función de las dimensiones de las piezas a ensayar. Ésta es movida gracias a un potente motor que trasmite el movimiento a la pieza a ensayar o en su defecto al material abrasivo, pudiendo ser este movimiento de giro horizontal o vertical, en función del ensayo. Las chispas producidas durante el ensayo son retenidas gracias a una carcasa que envuelve al conjunto y aspiradas para su retirada. También llevan un depósito para el abrasivo y un almacén de recogida de este, en la parte inferior. El suministro de energía es eléctrico y los equipos más modernos suelen venir controlados por ordenador. condiciones y parámetros del ensayo de desgaste deslizante máquina para ensayos por abrasión Las probetas que se analizan en este ensayo pueden ser cilíndricas, chapas o incluso piezas ya terminadas para comprobar su resistencia al desgaste. Normalmente, para cada muestra analizada, se utilizan tres probetas de ensayo en las que se determina la resistencia a la abrasión siguiendo el criterio de valoración que establezca el método de ensayo correspondiente. El ensayo de resistencia por abrasión nos permite conocer el nivel de desgaste de una pieza que estamos ensayando para predecir cómo se comportará cuando llegue al mundo real, se utiliza para la evaluación de la resistencia a la abrasión de los tratamientos térmicos, los tratamientos termoquímicos, para la protección contra la oxidación y acabados. Nos permite evaluar la resistencia superficial a la abrasión de un material metálico o no metálico, determinando el punto inicial de desgaste PI, como aquel 1

2 en el que se observa la aparición del primer signo claramente perceptible de desgaste del substrato, una capa de otro tono o desgaste de diseño impreso, en los cuatro cuadrantes de la probeta de ensayo. Su funcionamiento consiste en aplicar una acción de desgaste mediante una rueda cilíndrica sobrecargadas con un determinado peso, las cuales van recubiertas con papel de lija previamente acondicionado y específico según la norma considerada. En ocasiones, el abrasivo utilizado consiste en ruedas o muelas abrasivas con determinada acción de desgaste que requieren de una regeneración cada cierto número de ciclos. Cuando se utiliza papel de lija también debe sustituirse cada cierto número de ciclos, para mantener constante la acción de desgaste. La muestra gira sobre su eje a una velocidad regulable, de forma que las ruedas van rodando sobre la superficie de la muestra produciendo un círculo concéntrico al eje de la probeta. Este círculo nos muestra el índice de desgaste de la superficie sometida a ensayo. Durante toda la acción de desgaste, se dispone a pocos milímetros de la superficie de la muestra y en dos puntos equidistantes, un dispositivo de aspiración que va eliminando las partículas generadas en el ensayo. esquema de funcionamiento de la máquina Además de valorar el deterioro de la zona sometida a abrasión, también es factible en otros casos, especialmente cuando se ensayan procesos con tratamientos térmicos, superficiales y tratamientos contra la oxidación, con el fin de determinar la pérdida de miligramos cada 100 ciclos o cada ciclos de abrasión. Es entonces necesario ir pesando la probeta de ensayo al inicio y tras un número de ciclos dado, para ver la pérdida de masa producida y determinar así la resistencia a la abrasión sin exceder la capa de película aplicada. ENSAYO DE FATIGA El ensayo de fatiga se puede realizar en una máquina especial o en una universal. Está compuesta por una bancada robusta para darle mejor apoyo y más estabilidad a la máquina cuando aplicamos las cargas durante el ensayo. La bancada forma un conjunto con dos ejes verticales que sirven para subir o bajar. Estos dos ejes contienen a otros dos pero perpendicular a ellos, donde están fijados los cabezales giratorios de sujeción de las probetas. Un grupo hidráulico formado por: un depósito donde se almacena el aceite, un potente motor capaz de desarrollar las cargas establecidas, junto a las tuberías de reparto del aceite, que llegan a las botellas hidráulicas donde van fijados los cabezales de sujeción de las probetas. Por último el ordenador que es donde controlamos todos los parámetros de la máquina, como la temperatura, revoluciones por minuto, la carga aplicada, las equivalencias, las constantes, diagramas, etc. 2

3 cabezal especial máquina universal Las probetas utilizadas suelen ser de materiales bajo cargas fluctuantes, sobre todo los que se utilizan en la construcción de maquinas o estructuras, están sometidos a esfuerzos variables que se repiten con frecuencia. Es el caso de los arboles de transmisión, los ejes, las ruedas, las bielas, los cojinetes, los muelles, etc. Este análisis implica factores tales como el tiempo útil de la pieza así como funcionalidad y nos predice que tan próximo está una inminente falla del material. El ensayo de fatiga es aquel en el que la pieza está sometida a esfuerzos variables en magnitud y sentido, que se repiten con cierta frecuencia y que pueden romper la probeta con cargas inferiores a las de rotura, si el numero de ciclos de actuación es muy grande puede llegar la rotura dentro de la zona elástica. La rotura consiste en un inicio y posterior propagación de fisuras, que crecen desde un tamaño inicial microscópico hasta un tamaño macroscópico capaz de comprometer la integridad estructural del material. Este ensayo es de suma importancia en el campo industrial, debido a que nos prevé de complicaciones como el fallo de un determinado componente funcional que forme parte esencial de alguna máquina. Esto es de suma importancia ya que cuando alguna pieza falla por fatiga no hay síntoma previo visible por así llamarlo, así que un adecuado análisis de la pieza nos va ayudar desde prevenir accidentes hasta lograr mantener el correcto funcionamiento de la empresa sin tener que hacer cortes repentinos en el ciclo de producción. Podemos realizar distintos ensayos de fatiga como por ejemplo: ensayo de torsión, ensayo de flexión plana, ensayo de flexión rotativa y ensayo de tracción-compresión. Consiste en hacer girar una probeta por medio de un motor, mientras se le aplica una carga conocida. La probeta queda sometida a una flexión alternada, que se traduce en que un punto cualquiera de la probeta queda sometido a un ciclo de cargas que va de tracción a compresión. Esto produce fisuras que se van propagando lentamente reduciendo el área hasta un punto tal en que la probeta no pueda resistir la carga aplicada y se rompe. Por lo general, el ensayo se repite con probetas idénticas y varias cargas fluctuantes. Las cargas se pueden aplicar axialmente, en torsión o en flexión. Dependiendo de la amplitud de la carga media y cíclica, el esfuerzo neto de la probeta puede estar en una dirección durante el ciclo de carga o puede invertir su dirección. Los ensayos de fatiga se clasifican por el espectro de carga-tiempo, pudiendo presentarse como: Ensayo de fatiga de amplitud constante. Ensayo de fatiga de amplitud variable. El ensayo de fatiga de amplitud constante evalúa el comportamiento a la fatiga mediante ciclos predeterminados de carga o deformación, generalmente senoidales o triangulares, de amplitud y frecuencia constantes. Son de ampliación en ensayos de bajo como de alto número de ciclos, ponderan la capacidad de supervivencia o vida a la fatiga por el número de ciclos hasta la rotura (inicio y propagación del fallo) y la resistencia a la fatiga por la amplitud de la tensión para un número de ciclos de rotura predeterminado. Es usual denominar como resistencia a la fatiga a la máxima tensión bajo la cual el material no rompe o aquella que corresponde a un número preestablecido de ciclos según los metales o aleaciones. 3

4 El ensayo de fatiga de amplitud variable es cuando la amplitud del ciclo es variable, se evalúa el efecto del daño acumulado debido a la variación de la amplitud del esfuerzo en el tiempo. Son ensayos de alto número de ciclos con control de carga, que según el espectro de carga elegido serán más o menos representativos de las condiciones de servicio. Los datos procedentes de los ensayos de fatiga se presentan en un diagrama S/N, que es un gráfico del número de ciclos necesarios para provocar un fallo en una probeta contra la amplitud del esfuerzo cíclico desarrollado. El esfuerzo cíclico representado puede ser la amplitud de esfuerzo, el esfuerzo máximo o el esfuerzo mínimo. Cada curva del diagrama representa un esfuerzo medio constante. La mayoría de los ensayos de fatiga se realizan en máquinas de flexión, de vigas rotativas o de tipo vibratorio. Si a un material se le aplican tensiones repetitivas (cíclicas) de tracción, flexión, compresión, torsión, etc., comenzaremos por medir los valores de los esfuerzos a que están sometidas las piezas: El valor máximo de la tensión a que está sometida σmax. El valor mínimo de la tensión σmin. La diferencia entre el valor máximo y mínimo σmax-σmin. El valor medio σmed. Existe un valor de ΔσF por debajo del cual no se produce rotura por fatiga, es el límite de fatiga. La carga de fatiga es repetitiva (cíclica) y posee un valor máximo y mínimo en cada ciclo. La diferencia entre ambos valores (ΔσF) es el límite de fatiga, independientemente del número de veces que se repite la acción. En el grafico, se observa uno de los ciclos de los esfuerzos variables a los que está sujeto el material. Estos ciclos se repiten, aunque no necesariamente deben ser iguales. Si la diferencia entre el esfuerzo máximo (σmax) y el esfuerzo mínimo (σmin) que sufre la pieza en un determinado ciclo supera el valor ΔσF, entonces se corre el riesgo de rotura si este fenómeno se repite durante varios ciclos. Se mide el número de ciclos que ocurren antes de la rotura en función de la amplitud de la tensión aplicada (σmax-σmin). El límite de fatiga es la tensión F por debajo de la cual no se produce rotura (independientemente del número de ciclos). FATIGA Nº DE CICLOS TEST DE FRACTURA El fallo por fatiga se produce por el crecimiento de una grieta que se origina en la superficie de la probeta (foco) y se propaga hacia el interior avanzando a pequeños saltos (cada uno de los cuales corresponde a un ciclo de tensión) y que dejan una huella en el material (beach marks). ENSAYO DE RESILIENCIA El ensayo de resiliencia o ensayo dinámico por choque se realizan normalmente en máquinas denominadas péndulos o martillos pendulares (denominados Izod en 1903 y Charpy en 1909), formados por una base rígida con dos soportes verticales, unidos en la parte superior por un eje horizontal donde va acoplado el brazo giratorio, donde en su extremo hay un martillo en forma de disco, con el que golpea a la probeta, en las que se verifica el comportamiento de los materiales al ser golpeados por una masa conocida a la que se deja caer desde una altura determinada, realizándose la experiencia en la mayoría de los casos de dos maneras distintas; que la probeta rompa por flexionamiento (flexión por choque) o que su rotura se alcance por deformación longitudinal (tracción por choque). Los valores obtenidos en estos ensayos son únicamente comparables, en materiales con propiedades similares ya sean siempre dúctiles o frágiles, cuando se realizan sobre el mismo tipo de probeta y en idénticas condiciones de ensayo. 4

5 T0 TU detalle del ensayo Charpy e Izod péndulo de Charpy La elección del tipo de probeta depende del material a ensayar, adoptándose para cada caso los resultados más satisfactorios, normalmente se emplean las de entalladuras más profundas y de menor ancho para los metales más dúctiles. Las probetas utilizadas por Charpy eran de sección cuadradaa de 30 mm de lado por 160 mm de largo y la entalladura de 1 mm de ancho con una profundidad de 15 mm terminaba en un orificio de 2 mmm de diámetro, para sus ensayos la luz entre los bordes de los apoyos era de 130 milímetros. Estas probetas son muy poco utilizadas en la actualidad, siendo reemplazadas por otros tipos, que mantienen en algunos casos idéntica forma pero de menores dimensiones, que varían de acuerdo a las normas utilizadas. Con la finalidad de que el material esté actuando en las más severas condiciones, el método Charpy utiliza probetas entalladas (estado triaxial de tensiones) y velocidades de deformación de 4,5 a 7 m/s, siendo el entorno recomendadoo por las normas el de 5 a 5,5 m/s. Las probetas se colocan en un asiento, diseñado para estee fin, de la máquina y en forma tal que la entalladura se encuentra del lado opuesto al que va a recibir el impacto. El impacto sobre las probetas de sección trapezoidal debe darse en la caraa más angosta. El filo o extremo de la masa pendular, la norma A.S.T.M. E-23 indica que debe presentar un ancho de aproximadamente 4 mm, redondeado con un radio de 8 mm. 5

6 probetas normalizadas Dicho ensayo determinará el trabajo absorbido por el material cuando éste es roto de un solo golpe por la masa pendular y su valor en kgmf o Joule J, o relacionándolo con la sección o volumen de la probeta, según el método nos indicará la resistencia al choque o capacidad del material para absorber cargas dinámicas de impacto (resiliencia), proporcionándonos una medida de la tenacidad del material e indirectamente de su ductilidad ya que en general existe una correlación entre ambas características. El valor numérico en kilográmetros o en Joule del trabajo gastado durante la rotura de la probeta, queda indicado sobre una escala graduada que posee la máquina. El trabajo o energía registrada será considerada aceptable cuando las pérdidas por fricción entre las partes metálicas de la máquina, para la marcha en vacío, sea inferior al 0,4 % de la energía máxima. probetas antes y después del impacto Las fracturas por flexión y por choque se originan por la acción de las tensiones normales máximas en el plano de la entalla, variando desde la completamente frágil, cristalina brillante u opaca, hasta la completamente dúctil por deslizamiento o fibrosa. La resiliencia es la cantidad de energía que puede absorber un material, antes de que comience la deformación irreversible (deformación plástica). El resultando obtenido, es un valor indicativo de la fragilidad o la resistencia a los choques del material ensayado. Un elevado grado de resiliencia es característico de los aceros austeníticos, aceros con alto contenido de austenita. La resiliencia se expresa en Kgm/cm 2 y se representa ρ, A es el área de la probeta también representado por la letra S. 6

7 Ep ρ Kgm/cm A 2 Actualmente los cálculos de la carga, ángulos, alturas, etc., los realiza el ordenador. La energía la podemos calcular de la siguiente forma: La energía potencial inicial del martillo a la altura T0: E po = F La energía potencial final del martillo a la altura TU: E pu = F.. T T o u La energía consumida: E p = E po- E pu = F. T 0 - F. T u = F (T 0 - T) u ENSAYO DE SOLDABILIDAD Los ensayos de soldabilidad nos permiten estudiar al mismo tiempo que tomamos nota, el comportamiento de la pieza a soldar durante la operación de soldeo. Este ensayo nos ayudará a conocer las dilataciones y las contracciones producidas en la pieza durante la ejecución del cordón, que irán en función de la temperatura de trabajo, del tamaño, espesor y forma de la pieza a soldar y de la temperatura inicial de misma. También nos facilitará el punto de fusión de la pieza, la velocidad de soldeo que debemos llevar durante la operación y la penetración del cordón de soldadura, así como; la intensidad de corriente a utilizar, la polaridad de trabajo, la soldabilidad, el tipo de electrodo a utilizar, etc. Este ensayo nos revelará si hará falta la utilización de elementos auxiliares como apéndices, etc., para la realización de una buena soldadura. Nos ayuda a conocer la técnica de soldeo más apropiada a las condiciones de trabajo. 7

8 representación exagerada de la dilatación y contracción buena soldabilidad buena resistencia de la soldadura mala soldabilidad ENSAYO DE FORJABILIDAD El ensayo de forja está destinado a comprobar el comportamiento de un material en las distintas operaciones de forjado. Normalmente se suele realizar en un martillo pilón, que suele ser eléctrico. Los ensayos más frecuentes son: el ensayo de recalcado, el ensayo de platinado y el ensayo de mandrinado. martillo pilón Ensayo de recalcado: en este tipo de ensayo la probeta es cilíndrica y de longitud 2 d0. La pieza se calienta a temperatura de forja y se la somete a recalcado, hasta que aparezcan unas grietas laterales, entonces se relaciona la altura inicial y la final de la probeta. Coeficiente de recalcado: ε h h

9 Ensayo de platinado: este tipo de ensayo permite la valoración de dos coeficientes ε1 y ε2, relacionando las dimensiones iniciales de la probeta con las que resultan del ensayo. ε1 a a ε2 b b0.100 Ensayo de mandrinado: este tipo de ensayo consiste en perforar una chapa calentada al rojo con un punzón troncocónico hasta que aparezcan grietas en los bordes del agujero. Entonces se comparan los diámetros inicial y final. ε d d0.100 ENSAYO DE CHISPA El ensayo de chispa es una prueba muy sencilla, económica y aproximada de identificar el tipo de material, si es hierro fundido, acero al carbono, acero aleado, el porcentaje de carbono, etc. También nos puede proporcionar información sobre el tratamiento térmico al que fue sometida la muestra (tales como el recocido o endurecimiento). Normalmente cuando trabajamos ciertos tipos de materiales ferrosos en nuestra rutina diaria, resulta práctico identificarlos o clasificarlos rápidamente, y más cuando necesitamos resultados o conceptos inmediatos sin mayor exactitud y meramente cualitativo. Este ensayo no puede sustituir al análisis químico, pero permite reconocer bastante bien los materiales y la presencia de ciertos elementos de aleación. Debe tenerse en cuenta que la carburación o descarburación puede ser causante de clasificar mal un acero. La observación debe de hacerse, en lo posible, en lugar oscuro. La muela debe de girar en sentido contrario al ordinario, para que el haz de chispas se proyecte hacia arriba y poder así observarlo mejor. La chispa se produce al presionar una pieza de una aleación ferrosa contra una muela de esmeril girando a gran velocidad (aprox. 3,500 r.p.m.) arrancándole partículas de material, las cuales son proyectadas tangencialmente por la periferia de la muela. Al mismo tiempo que tiene lugar este desprendimiento de material, se produce un fuerte calentamiento local, las partículas se desprenden a altas temperaturas, que son arrojadas a gran velocidad por el aire, con lo cual se produce una combustión de los elementos constituyentes del acero con el oxígeno del entorno, que las ponen incandescentes, produciéndose rayos luminosos, chispas, explosiones, estrellas, arborescencias luminosas, etc. Con esto se puede reconocer la calidad del acero, características y detalles de la composición química de una determinada pieza, no obstante se requiere una relativa experiencia para la identificación y dar una interpretación a la chispa producida. Para determinar si un acero al carbono se ha endurecido o es blando 9

10 (recocido), se mira en la intensidad y la densidad del patrón, los aceros suaves producen menos rayos, y de menor intensidad, que los aceros endurecidos. esmeril de banco esmeril El material a ensayar puede determinarse mejor si al mismo tiempo, o poco después, se esmerila un acero cuya composición sea la misma y se compara con la probeta. Los aceros analizados por este ensayo, han sido todos usados en la industria metalúrgica de automoción y maquinaria en general. Su aplicación comienza en el momento de recibir cualquier tipo de acero proveniente de suministrador o acerista para su mecanización o bien para su montaje directo. Por intermedio del análisis y/o ensayos de chispas se puede diferenciar entre los distintos tipos de aceros, por la forma en que estas se presentan. Las probetas templadas dan generalmente una chispa algo más clara y viva que las mismas probetas en estado recocido o bonificado. Los aceros para herramientas aleados con molibdeno producen estelas terminadas en punta de lanza. El acero aleado con cromo y vanadio da estelas interrumpidas con chispas terminadas en formas de lenguas. Los aceros rápidos producen haces de trazos casi sin explosiones de carbono. Los aceros de bajo contenido de carbono forman pocos destellos, de una a dos explosiones con estelas delgadas y débiles. Los aceros de contenido medio de carbono producen estelas muy ramificadas y explosiones un poco más frecuentes en forma de ranaje. Los aceros de alto carbono producen estelas abundantes, lisas e interrumpidas además explosiones desde el inicio. En los aceros no aleados el dato más relevante es su contenido de carbono y al realizar la prueba, el hierro presenta una chispa bastante larga de color amarillo, a medida que el contenido de carbono aumenta el color de las ramificaciones se hace más claro y de longitud más corta y mucho más denso cerca de la piedra esmeril. Hay que resaltar que los aceros aleados con algo de manganeso presentan un marcado aumento de la actividad de la chispa, tanto en número, grosor e intensidad de los rayos, mientras que los aceros aleados con cromo presentan el efecto contrario, es decir, menos actividad. Un haz de chispa puede dividirse en tres partes principales: 1. A la salida de la piedra del esmeril, que se encuentra formada por rayos rectilíneos en los que puede observarse perfectamente el color característico. 2. Zona de bifurcación, y algunas veces tiene lugar en ella algunas explosiones. 3. Ultima zona, es donde aparecen la mayor parte de las explosiones, adopta diversas formas, que se denominan estrellas, gotas, lenguas, flores, etc. 10

11 Al efectuar la prueba se debe tener presente aspectos como la presión aplicada a la probeta, ya que si está en muy elevada la temperatura de la chispa aumentara por lo tanto la cantidad de explosiones, y nos ofrecerá un contenido de carbono mayor que el verdadero. Es frecuente, cuando se prueba una muestra desconocida, a fin de alternar la muestra con barras estándar de especificación conocida. Esto ayuda a identificar rápidamente la muestra. Estas barras deben tener su especificación y tener documentado el tratamiento (si lo tiene). El único requisito es que las barras estándar, así como la barra de muestra a analizar, deben tener (aprox.) igual tamaño y forma. Normalmente, las barras estándar y las barras de ensayo se hacen de sección cuadrada y la longitud más bien corta, para un fácil manejo. EJEMPLOS DE CHISPA F-522 F-515 F- 521 F-531 ACERO RAPIDO F-3 F-155 F-4 F-524 F-5 F-532 FUNDICION BLANCA ENSAYO DE EMBUTICIÓN La embutición se realiza en grandes prensas hidráulicas con muchos caballos de potencia para hacer la embutición sin que deje marcas y tiene la ventaja de poder cambiar las matrices, dependiendo la pieza a realizar. Con este sistema se fabrican la carrocería de los automóviles, bañeras, fregaderos, ollas, cucharas, latas de bebida, piezas auxiliares de casi todas las cosas que nos rodean, etc. También es un buen proceso para la fabricación en chapa fina de piezas con superficies complejas y altas exigencias dimensionales, sustituyendo con éxito a piezas tradicionalmente fabricadas por fundición y mecanizado. La matriz de embutición también es conocida como molde. 11

12 pieza embutida prensa hidráulica para embutición y estampado La embutición es el proceso de conformado en frío (según el material) de los metales por el que se transforma un disco o piezas recortadas en piezas huecas, e incluso partiendo de piezas previamente embutidas, estirarlas a una sección menor con mayor altura. Se trata de un proceso de conformado de chapa por deformación plástica, durante el cual la chapa sufre transformaciones por estirado y por recalcado produciéndose variaciones en su espesor. El objetivo es conseguir una pieza hueca de acuerdo con la forma definida por la matriz de embutición que se utilice, mediante la presión ejercida por la prensa. El ensayo de embutición se realiza en máquina Ericksen y es un ensayo de materiales efectuado con el fin de determinar la embutibilidad de una lámina metálica. Consiste en someter una placa de unos 12cm de largo por 12cm de ancho del material a evaluar al avance continuo de un émbolo o pistón, cuya punta tiene forma redondeada. Se toma como posición cero el punto en el cual la punta del pistón toca ligeramente la placa, se aplica la presión de manera constante hasta que se fisura la placa; se mide entonces la distancia recorrida por el pistón en milímetros, esta distancia, nos entrega la medida de embutibilidad de dicho material (al compararla con las distancias al realizar los ensayos con otros materiales). penetración del punzón máquina Ericksen para ensayo de embutición 12

13 ENSAYO DE DOBLADO O PLEGADO El ensayo de doblado o plegado se puede realizar en una máquina especial o en una universal, similar a la de flexión. Está compuesta por una bancada robusta para darle mejor apoyo y más estabilidad a la máquina cuando aplicamos las cargas durante el ensayo. La bancada forma un conjunto con dos ejes verticales que sirven para subir o bajar. Estos dos ejes contienen a otros dos pero perpendicular a ellos, donde colocamos los útiles para este tipo de ensayo. La fuerza de la máquina la transmite un grupo hidráulico formado por: un depósito donde se almacena el aceite, un potente motor capaz de desarrollar las cargas establecidas, junto a las tuberías de reparto del aceite, que llegan a las botellas hidráulicas donde van los útiles para el plegado o el doblado. Por último el ordenador que es donde controlamos todos los parámetros de la máquina, como la temperatura, revoluciones por minuto, la carga aplicada, las equivalencias, las constantes, diagramas, etc. detalle de plegado o doblado máquina universal Para realizar este tipo de ensayo de coloca la probeta que es prismática, de sección rectangular, pulida y con las aristas redondeadas, sobre dos rodillos y se le aplica una carga progresiva en el centro de la misma por medio de un tercer rodillo situado encima de la pieza. Al aplicar la fuerza, el material cede y se dobla hasta la aparición de grietas, pliegues o hasta que se considere suficiente y se calcula por valores preestablecidos, la presión que hay que darles y el ángulo que deben formar. El ensayo de doblado o plegado nos proporciona conocer la plasticidad de los diferentes materiales metálicos y como consecuencia conocer la forma en que se puede trabajar con ellos. Es un ensayo tecnológico derivado del de flexión. Es solicitado para las especificaciones en la recepción de aceros en barras y perfiles, para la comprobación de la tenacidad de los mismos y después de haber sido sometido al tratamiento térmico de recocido. La luz L entre los bordes de los apoyos, se toma aproximadamente igual al diámetro del elemento transmisor del esfuerzo d, más tres veces el espesor del material D. L = d + 3D Generalmente el plegado se obtiene en dos etapas y se realiza con un ángulo de 180º. Primero se coloca el material sobre los dos puntos fijos, efectuando la carga mediante un mandril curvo u otro rodillo, hasta que la probeta se doble en el ángulo deseado. Para que el ensayo tenga un resultado satisfactorio, la probeta no deberá presentar grietas o resquebraduras a simple vista sobre la parte estirada. El plegado se puede realizar de manera que las caras de la probeta queden: 13

14 formando un ángulo α paralelas a una distancia determinada en contacto ENSAYO DE CONFORMADO El conformado permite la fabricación de componentes de formas geométricas complejas, como por ejemplo: motores de la industria aeronáutica, perfiles muy variados, muelles, etc. En el ensayo de conformado se aborda la mejora en la simulación del material en el proceso de conformado, previo a su implementación a escala industrial. Los valores de la deformación máxima y de los espesores se han contrastado con las mediciones experimentales. Tras el proceso de validación del modelo material, se han obtenido mejoras sustanciales en el grado de conformidad de los resultados numéricos con los de los ensayos. La técnica de conformado se ha desarrollado considerablemente en las últimas décadas. Dicha técnica permite la fabricación de piezas de geometría compleja a bajo coste y de una forma sencilla. Por otra parte, el análisis del proceso mediante elementos finos hace posible obtener de antemano los parámetros geométricos y materiales más apropiados para el proceso. Se caracterizada por su elevada resistencia mecánica y frente a la oxidación y corrosión a altas temperaturas. Puede usarse en las partes calientes del motor de aviación (cámara de combustión, turbobombas de combustión a baja y alta presión, herrajes, ejes, etc.) y en las zonas de gases calientes (intercambiadores). 14

15 ENSAYO DE TEMPLABILIDAD El ensayo de templabilidad nos permite conocer de forma rápida algunas propiedades de los aceros como las durezas máximas y mínimas que se pueden obtener. La templabilidad es utilizada para describir la habilidad de una aleación para ser endurecida por la formación de martensita como resultado de un tratamiento térmico. Está determinada por la profundidad y distribución de la dureza en el interior de las piezas templadas, es decir, la profundidad de temple que se alcanza en una pieza de acero. Cuando se disminuye la velocidad crítica de temple, aumenta la profundidad de la capa templada, si la velocidad crítica es menor que la velocidad de enfriamiento en el centro, esta sección se templará completamente, pero si la sección es grande y la velocidad de enfriamiento en la superficie es menor que la velocidad crítica, no se templará el acero ni siquiera en la superficie, por tanto cuanto menor sea la velocidad crítica de temple, tanto mayor será la templabilidad del acero. Un procedimiento estándar que es ampliamente utilizado para determinar la templabilidad es el ensayo Jominy. ensayo Jominy La templabilidad influye notablememente en los resultados cuando se ensayan piezas de bastante espesor y en cambio influyen muy poco cuando se templan piezas delgadas. A mayor lentitud de transformación de la austenita en perlita, mayor templabilidad. La dureza máxima que se puede obtener en un acero después del temple, depende del contenido de carbono, la templabilidad depende en cambio de los elementos aleantes y del tamaño de grano del acero. Los elementos que más favorecen la templabilidad son el manganeso, el molibdeno y el cromo. Con este ensayo se puede observar que la dureza disminuye rápidamente del exterior al interior en el acero al carbono y se conserva más uniforme en el acero aleado. Estas diferencias de penetración de la dureza se presentan por ser diferente la templabilidad de los aceros, vemos que la dureza y la templabilidad son cosas distintas. Para valorar 15

16 prácticamente la templabilidad, se utiliza una magnitud que se llama diámetro crítico, que es el diámetro máximo de una barra cilíndrica en el que después del temple en ese medio de enfriamiento se consigue en su núcleo una estructura con 50% de martensita. Las probetas utilizadas para este ensayo normalmente son cilíndricas, de un diámetro de 25 mm, y una longitud de 100 mm, aunque pueden ser de otras formas, depende del estudio en concreto que vamos a realizar. Para templar la probeta debee ser calentada a la temperatura de austenización durante 30 minutos con un margen de más menos 5 minutos. Se debe procurar que la atmósfera dentro del horno esté controlada y que no aparezca cascarilla. Una vez terminado el calentamiento, se coloca la probeta en un dispositivo, donde se puede apreciar que el chorro de agua incide directamente sobre la parte inferior de la probeta. La temperatura del agua se debe encontrar entree 5 y 30ºC. El orificio de salida debe tener un diámetro de 12,5 mm y el chorroo debe alcanzar una altura libre de 65 mm sobre el plano del orificio de salida. El tiempo máximo que debe tardar la probeta desdee el horno al enfriamiento debe ser de 5 segundos y la probeta debe ser enfriada durante 10 minutos como mínimo. Una vez terminado el enfriamiento se rectifican dos generatrices opuestass de la probeta una profundidad mínima de 0,4 mm a lo largo de toda su longitud, determinándose después su dureza Rockwell. Las medidas de dureza se realizan cada 1,6 mm, durante la primera pulgada (25,4 mm). Posteriormente se determina la dureza cada 5 mm. Los resultados obtenidos se registran en un gráfico estándar, donde se relacionan la dureza obtenida, con la distancia al extremo templado. ENSAYO DE MAQUINABILIDAD El ensayo de maquinabilidad nos permite comparar entre metales diferentes, la facilidad con que pueden ser mecanizados por arranque de viruta que es un fragmento de material residual con forma de lámina curvada o espiral que se suele considerar residuo en algunas industrias pero que tiene alguna aplicación. Un factor que indica una buena maquinabilidad de un material es la posibilidad de poder controlar fácilmente la longitud de la viruta resultante. Las virutas largas y delgadas pueden enredarse e interferir en las operaciones de corte. Los factores que suelen mejorar la resistencia de los materiales a menudo degradan su maquinabilidad. Por lo tanto, para una mecanización económica, los ingenieros se enfrentan al reto de mejorar la maquinabilidadd sin perjudicar la resistencia del material. Los materiales con mejor maquinabilidad requieren potencias y fuerzas de corte reducidas, con un desgaste lento de los filos de las herramientas de corte y pueden mecanizarse obteniendo superficies menos rugosas y, en general, con un mejor acabado. Los materiales duros son generalmente más difíciles de mecanizar pues requieren una fuerza mayor para cortarlos. Sobre estos factores influyen las propiedades del material como son: su composición química, conductividad térmica y su estructura microscópica. Es difícil establecer relaciones que definann cuantitativamente la maquinabilidad de un material, pues las operaciones de mecanizado tienen una naturaleza compleja. En algunos casos, la dureza y la resistencia del material se consideran como los principales factores a evaluar. 16

17 Dedicado a: Manuel Jesús Luna Polo. 17