UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES UNIDAD 3. MODIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS METALES

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1 BLOQUE I. MATERIALES UNIDAD 2. OXIDACIÓN Y CORROSIÓN UNIDAD 3. MODIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS METALES UNIDAD 4. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO EN MATERIALES METÁLICAS UNIDAD 5. TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS UNIDAD 6. REUTILIZACIÓN DE LOS MATERIALES

2 ÍNDICE: Página libro 1. TIPOS DE ENSAYOS Pág ENSAYO DE TRACCIÓN Pág ENSAYO DE DUREZA Pág ENSAYO DE RESILIENCIA AL IMPACTO Pág ENSAYO DE FATIGA Pág ENSAYOS TECNOLÓGICOS Pág ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Pág. 25 ACTIVIDADES: Hoja 1. Problemas Tracción Hoja 2. Problemas Dureza y Resiliencia Hoja 3. Problemas Materiales (selectividad 2010) Actividades de síntesis del libro Pág. 26

3 ELECCIÓN MATERIAL PARA UNA DETERMINADA APLICACIÓN: CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS ESPECIFICACIONES DE SEGURIDAD CRITERIOS ECONÓMICOS (disponibilidad y coste)

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5 TIPOS DE ENSAYOS: A. Según la rigurosidad de su ejecución Ensayos científicos. Investigar características técnicas. Precisión y reproducibilidad. Ensayos técnicos. Comprobación de una determinada propiedad. Se realizan en el proceso productivo: rápidos. B. Según la naturaleza del ensayo Ensayos químicos Ensayos metalográficos Ensayos físicos Ensayos mecánicos C. Según la utilidad de la pieza después del ensayo Ensayos destructivos Ensayos no destructivos D. Según la velocidad de aplicación de las fuerzas Ensayos estáticos Ensayos dinámicos.

6 ENSAYO DE TRACCIÓN (UNE 7-474) Esfuerzo o tensión ( N/m 2 = Pa) F Fuerza de la tensión uniaxial aplicada (N) S o Sección transversal de la varilla (m 2 ) L o L Longitud inicial de la varilla (m) Longitud después de aplicar F (m) DL Variación de la longitud o alargamiento(m) e Deformación o alargamiento unitario e= ΔL L o e(%) = ΔL L o 100

7 PROBETAS NORMALIZADAS

8 MÁQUINA DE TRACCIÓN

9 DIAGRAMA DE TRACCIÓN

10 ZONA ELÁSTICA OE Proporcional OP. Zona de trabajo MÓDULO DE YOUNG o módulo de elasticidad longitudinal E (N/m 2 ). σ P σ E Ley de Hooke Límite de proporcionalidad Límite elástico No proporcional PE σ p σ E ZONA PLÁSTICA EU (ES) Deformación plástica uniforme ER σ R Resistencia a la tracción Zona de estricción o de deformación plástica localizada RU Resistencia a la rotura σ U σ = ε E

11 ALARGAMIENTO DE ROTURA A % = L F LO L O 100 ESTRICCIÓN DE ROTURA Z % = S O S F S O 100 TRABAJO DE DEFORMACIÓN CURVA DE TRACCIÓN VERDADERA CURVA DE TRACCIÓN APARENTE FLUENCIA σ F Tensión de fluencia TENSIÓN MÁXIMA DE TRABAJO Coeficiente de seguridad (n) n= σ F σ T YOU TUBE UPV

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13 ENSAYO DE DUREZA Dureza: Medida de la resistencia de un material a una deformación plástica localizada. Resistencia que ofrece un material a ser rayado o penetrado por otro. Depende de la elasticidad y de su estructura cristalina (metales puros) y de los tratamientos térmicos o endurecimiento por deformación ( aleaciones) Dureza está relacionada con el comportamiento del material frente a la abrasión o desgaste y facilidad al mecanizado. TIPOS DE ENSAYOS A. ENSAYOS DE DUREZA AL RAYADO ESCALA DE MOHS DUREZA MARTENS ENSAYO A LA LIMA

14 B. ENSAYOS DE DUREZA A LA PENETRACIÓN (INGENIERÍA) ENSAYO BRINELL (UNE ) o Penetrador: bola de acero templado o Diámetro de la bola (D) entre 1 y 10 mm o Carga aplicada (F en kp) hasta 3000 kp o Tiempo de aplicación 15 s S: Área del casquete en mm 2 f: Profundidad de la huella (mm) 110 HB Durómetro Dureza Tipo de Ensayo Diámetro de la bola Fuerza aplicada Tiempo del Ensayo

15 HB: Dureza en grados Brinell (kp/mm 2 ) F: Carga aplicada en kp D: Diámetro de la bola (mm)(según espesor pieza) d: Diámetro de la huella (mm) Para que la medición de la huella sea fiable: D/4 < d < D/2 Para que las durezas obtenidas sean comparables: F = K D 2 K: Constante de proporcionalidad según el material INCONVENIENTES: No se puede realizar en piezas cilíndricas y esféricas Errores de medición No sirve para metales duros

16 ENSAYO BRINELL ENSAYO VICKERS (UNE ) o Penetrador: pirámide de base cuadrada de diamante o Ángulo 136 o Carga aplicada (F en kp) hasta 120 kp (normalmente 30 kp) o Tiempo de aplicación entre 10 y 30 s (normalmente15 s) HV: Dureza en grados Vickers (kp/mm 2 ) F: Carga aplicada en Kp S: Área lateral de la huella en mm 2 d: diagonal de la base de la pirámide (huella) CARACTERÍSTICAS: Cargas aplicadas pequeñas Se puede realizar en piezas delgadas y en materiales blandos y duros Para que no se produzcan deformaciones en el lado opuesto de la pieza s > 1,2 d

17 ENSAYO ROCKWELL (UNE ) o Rápido, pequeño tamaño de la huella. Menos exactos que los anteriores o Consiste en penetrar en dos tiempos, en la capa superficial de la pieza un penetrador de forma prefijada y medir el aumento permanente de la profundidad de penetración. o Penetrador: Materiales blandos ( HV), se usa bola acero de 1,59 mm (HRb) Materiales duros ( HV), se usa diamante cónico 120 (HRc) METODO DE ENSAYO I. Aplicación de la carga inicial F 0 (10 kp), que origina h 1 II. Aplicación de la carga suplementaria F 1 (90 kp o 140 kp) del material y queda la III. huella permanente h 2 Eliminar la carga F1 hasta F 0 : Reacción elástica del material y queda la huella permanente h 3

18 e= h 3 h 1 HRb = 130 e HRc = 100 e Cada unidad e equivale a 2 micras (0,002 mm)

19 Puesto que en muchas ocasiones las piezas están sometidas a cargas dinámicas: vibraciones, choques, rozamientos es necesario conocer su comportamiento. Para ello se realizan ensayos dinámicos. ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO (UNE ) Tenacidad : capacidad que tiene un material para almacenar energía en forma, por lo general, de deformación plástica antes de romperse. Ensayo de tracción por choque: Ensayo de tracción con velocidad de aplicación de la fuerza alta Área bajo la curva e- σ (Trabajo de deformación) Cuánto mayor sea el área mayor será la tenacidad del material Ensayo de flexión por choque Ensayo de resiliencia o Ensayo Charpy Permite determinar la energía absorbida en la rotura de una probeta normalizada producida por un golpe seco de un péndulo (martillo) en su caída. Probeta: prisma rectangular entallada. Se golpea la parte opuesta a la entalla.

20 Pasos a seguir para realizar el ensayo: Colocar el martillo a una altura determinada h 1 (ángulo a 1 ) Se deja caer y el martillo asciende una altura h 2 (ángulo a 2 ) KCV= W S 0 KCV= mg (h 1 h 2 ) S 0 KCV = P L (cos α2 cos α1) S 0 KCV Resiliencia J/m 2 P Peso del martillo (N) L Longitud del péndulo (m) S 0 Sección del área en la parte entallada (m 2 )

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22 ENSAYO DE FATIGA Cuando determinadas piezas 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, trabajando incluso por debajo del límite elástico, siempre que actúen durante un tiempo suficiente. Existen muchas piezas y mecanismos sometidos a esfuerzos de fatiga (ejes, bielas, engranajes,..) Wöhler enunció las siguientes leyes: Las piezas metálicas pueden romperse bajo esfuerzos unitarios inferiores a su carga de rotura, e incluso 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. El ensayo de fatiga más habitual es el de flexión rotativa

23 LÍMITE DE FATIGA: Valor máximo de tensión al que podemos someter una pieza sin romperse, independientemente del número de ciclos que se repita la acción. Por debajo de este límite no ocurrirá la fractura por fatiga y por encima de él se puede determinar el número de ciclos que soporta sin romperse. En el proceso de fatiga se distinguen: Fase de incubación a partir de la fisura interna Fase de maduración progresiva Fase de rotura efectiva Las roturas por fatiga presentan dos zonas bien definidas: grano fino mate y distribución ondular que parece surgir de un punto defectuoso, y otra de grano grueso brillante que indica la rotura final

24 Imagen tomadas de la sección de Ingeniería Mecánica. Área de Diseño. Universidad Pontificia Católica de Perú.

25 ENSAYO TECNOLÓGICOS Se realizan para estudiar el comportamiento del material ante un fin al que se destina. El ensayo debe reproducir a escala conveniente, las condiciones prácticas del propósito para el que se ha destinado. No se obtienen valores cuantitativos (numéricos) Tipos de ensayos tecnológicos Ensayos de flexión y plegado (b) Ensayo de recalcado(b) Ensayo de maleabilidad (b) Ensayo de mandrilado (b) Ensayo de flexión alternativa (ch) Ensayo de embutición (ch) Ensayo de ensanchamiento o abocardado (t) Ensayo de flexión alternativa (t) Ensayo de retorcido (t)

26 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS (Control de Defectos) Los ensayos de defectos tienen por objeto descubrir y localizar defectos en la superficie o en el interior de los materiales. Se utilizan para el examen de productos terminados y para revisar periódicamente piezas en servicio. Tipos de ensayos no destructivos: Ensayos macroscópicos Ensayos ópticos Ensayos magnéticos Ensayos eléctricos Ensayos con ultrasonidos Ensayos con rayos X y Gamma

27 ENLACES: ENSAYOS UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA TRACCIÓN DUREZA IMPACTO SIMULACIÓN ESFUERZO DE TRACCIÓN