ENSAYOS ESTRUCTURA INTERNA DE LOS METALES ALEACIONES. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y SUPERFICIALES. OXIDACIÓN Y CORROSIÓN

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1 BLOQUE I: MATERIALES ENSAYOS ESTRUCTURA INTERNA DE LOS METALES ALEACIONES. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y SUPERFICIALES. OXIDACIÓN Y CORROSIÓN MATERIALES NO FÉRRICOS. CICLO DE UTILIZACIÓN REUTILIZACIÓN DE MATERIALES

2 MATERIALES : ENSAYOS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES. Estas propiedades definen el comportamiento de los metales en su utilización industrial Elasticidad: El material recupera la forma primitiva cuando cesa la carga que los deforma. Plasticidad: El material adquiere deformación permanente sin llegar a la rotura. Maleabilidad Forma láminas Ductilidad Forma Filamentos Cohesión: Resistencia que ofrecen los átomos a separarse Dureza: Mayor o menor resistencia que oponen los cuerpos a ser rallados TENACIDAD: Es la capacidad de resistencia a la rotura por la acción de fuerzas exteriores. FRAGILIDAD: Es la propiedad opuesta a la tenacidad. Intervalo plástico es muy corto RESISTENCIA A LA FATIGA: Es la resistencia que ofrece un material a los esfuerzos repetitivos RESILIENCIA: Es la energía absorbida en una rotura por impacto

3 QUE SON LOS ENSAYOS MATERIALES: ENSAYOS Serie de procedimientos que tienen por objeto conocer y comprobar las características e propiedades de los materiales o descubrir los defectos en piezas fabricadas.

4 Las Normas son Documentos técnicos, en las que nos podemos basar para realizar los ensayos!!!

5 CONCEPTOS : ESFUERZOS F S F Tracción. Compresión. Cizalladura. Torsión. Flexión. ELÁSTICA Recupera forma DEFORMACIÓN F PLÁSTICA No recupera forma S L L o ESFUERZO DEFORMACIÓN

6 TENSIÓN Y DEFORMACIÓN MATERIALES: ENSAYOS TENSIÓN DEFORMACIÓN S F Unidades: Sistema Técnico: Kgf/mm 2 Unidades: Alargamiento L mm Sistema Internacional: Pa = N/m 2 L L o Deformación unitaria : MPa = 10 6 Pa N/mm 2 mm/mm F S Equivalencias: Kgf/mm 2 9,8 MPa Alargamiento L = L-L L-L o o Deformación unitaria L L o L o L o l

7 ENSAYO DE TRACCIÓN Ensayo de tracción: Este ensayo mecánico consiste en someter a una probeta de forma y dimensiones normalizadas, a un sistema de fuerzas exteriores en la dirección de su eje longitudinal hasta romperla NORMATIVA: Metales: UNE-EN ISO :2009: Método de ensayo a T ambiente Polímeros: UNE EN ISO- 527 Determinación de las propiedades en tracción.

8 ENSAYO DE TRACCIÓN OBJETO DEL ENSAYO RESISTENCIA DUCTILIDAD LÍMITE ELÁSTICO ALARGAMIENTO ESTRICCIÓN R m F m S o A L u L o L o x 100

9 PROBETAS NORMALIZADAS CILÍNDRICAS d b PLANAS x

10 Esfuerzo nominal o de ingeniería Intervalo elástico CURVA DE TRACCIÓN MATERIALES: ENSAYOS R Plástico uniforme Plástico no uniforme ROTURA Intervalo plástico R, = F S 0 (MPa) Alargamiento porcentual o extensión porcentual, e L L 0 e= 100 L 0

11 Ley de HOOKE Se cumple cuando existe proporcionalidad entre la deformación experimentada por el material y el esfuerzo aplicado COMPORTAMIENTO ELÁSTICO E: Módulo de elasticidad o módulo de Young Evalúa la rigidez o resistencia a la deformación elástica

12 MÓDULO DE ELASTICIDAD Ó MÓDULO DE YOUNG E MIDE la rigidez, la resistencia a la deformación elástica de un material Importante parámetro de diseño Viene determinado por la fuerza de enlace Propiedad insensible a la microestructura E cerámicos > E metales >> E Polímeros

13 RESISTENCIA Capacidad para soportar esfuerzos: SIN ROMPER SIN DEFORMARSE PLÁSTICAMENTE Rm ReH Límite de proporcionalidad OA = OB = BC = CD = DE = Zona de proporcionalidad. C. ELÁSTICO CEDENCIA FORTALECI- MIENTO ESTRICCIÓN Resistencia a la tracción (Rm): Máximo esfuerzo que soporta el material Límite elástico (Re): Representa la resistencia del material a la deformación permantente. Indica la facilidad con la que el material puede ser conformado mediante laminado y estirado. R m Re H F m S o F eh S o

14 CURVA DE TRACCIÓN MATERIALES: ENSAYOS OA = OB = BC = CD = DE =

15 DUCTILIDAD Alargamiento porcentual de rotura (A) : A L u L o L o x 100 Alargamiento remanente de la longitud entre puntos después de la rotura ( Lu-Lo), expresada como tanto por ciento de la longitud inicial entre puntos (Lo). Evalúa la capacidad plástica longitudinal. Estricción (Z) Variación máxima del área de la sección transversal que se produce durante el ensayo ( So-Su), expresado como tanto por ciento del área de la sección transversal inicial (So).

16 CEDENCIA Deformación permanente de la probeta (deformación plástica), se produce sin variar la tensión aplicada. Se sitúa encima del límite elástico. PLATAFORMA DE CEDENCIA En ensayo de tracción: Se observa una transición no gradual entre el período elástico y el plástico (plataforma o meseta de cedencia).

17 CONCEPTO DE DUREZA ESCALA DE MOHS (1820) MATERIALES: ENSAYOS ENSAYOS DE DUREZA Resistencia superficial a la deformación que ofrece un material. D R Deformación EN MINERALOGÍA : RESISTENCIA AL RAYADO. EN INGENIERÍA : Dureza Mineral 10 Diamante 9 Corindón 8 Topacio 7 Cuarzo 6 Feldespato 5 Apatito 4 Fluorita 3 Calcita 2 Yeso 1 Talco RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN BRINELL VICKERS ROCKWEL

18 ENSAYOS DE DUREZA DUREZA BRINELL DUREZA ROCKWELL DUREZA VICKERS Penetrador: Bola de acero n = F / S h Penetrador: Bola de acero / Cono de diamante n = H - e r Penetrador: Pirámide de diamante n = F / S h RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN

19 f MATERIALES: ENSAYOS DUREZA BRINELL HB = F (Kgf) S h (mm 2 ) F= Presión que se ejerce sobre la bola en Kgf. S= Superficie del casquete esférico. En mm 2. Penetrador: Bola de acero, D Bola de carburo de wolframio Huella: Superficie del casquete esférico S h = D f D =diámetro de bola. f =flecha. Profundidad de huella.

20 DUREZA BRINELL HB = F S h Designación: n HBW D / F / t Tiempo de ensayo Valor de dureza Diámetro de bola Fuerza aplicada Ejemplo: 250 HBW 5/750/20

21 DUREZA BRINELL Trabajamos con tablas Diámetro del penetrador, D (mm) Carga, F (Kgf) Número de dureza Carga, Brinell, F (Kgf) n (Kgf/mm 2 ) Diámetro medio de la huella, d (mm)

22 Rockwell B Rockwell C DUREZA ROCKWELL MATERIALES: ENSAYOS Se aplican dos cargas sucesivas a un indentador, midiendo la profundidad remanente de la penetración producida (h). El número de dureza se determina en función de la profundidad remanente de la huella, e r HRx = H - e r Diferentes Escalas

23 DUREZA ROCKWELL B MATERIALES: ENSAYOS

24 DUREZA VICKERS MATERIALES: ENSAYOS HV = F (Kgf) S h (mm 2 ) Penetrador: Pirámide de diamante, Recta y de base cuadrada. Huella: Pirámide invertida. Diagonal de la huella, d Sh = d 2 2 sen ( /2)

25 DUREZA VICKERS Sh = d 2 2 sen ( /2) SUSTITUYO EN LA FÓRMULA INICIAL

26 DUREZA VICKERS Según norma UNE 7054: MATERIALES: ENSAYOS Designación: n HV F / t Ejemplo: 640 HV 30/20 tiempo, s (si no está en el intervalo [10-15]) Carga aplicada, Kgf (5 Kgf-100Kgf) Símbolo de dureza Valor de dureza Vickers

27 ENSAYO DINÁMICO POR CHOQUE : ENSAYO DE RESILIENCIA Consiste en romper, a flexión, y de un sólo golpe, una probeta normalizada sobre la que se ha practicado una entalla y determinar la energía absorbida por el material. En el ensayo con el Péndulo de Charpy la probeta se encuentra apoyada en sus extremos y el impacto de la maza del péndulo se produce sobre la cara opuesta a la de la entalla.

28 ENSAYO DE RESILIENCIA: CHARPY MATERIALES: ENSAYOS Energía potencial inicial: P H = P L (1-cos ) Energía potencial final: P h = P L (1-cosβ) La energía absorbida por la probeta será: P L (1 - cos ) - P L (1- cosβ) P L (cosβ - cos ) El péndulo en su balanceo inicial arrastra una aguja que se queda fija en el punto más elevado alcanzado tras el impacto, señalando sobre una escala graduada el valor de la energía absorbida en el impacto. Los péndulos Charpy, estan normalizados: Posición inicial disponen de una energía de 300 J. En el impacto una velocidad de 5 m/s.

29 RESILIENCIA KCV KCU Se calcula dividiendo la energía absorbida por la probeta en el impacto entre la sección de la probeta por su parte entallada. UNIDADES: J / m 2 W P x L x( cos α 2 - cos α 1 ) KCV = = S 0 S 0 MATERIAL TENAZ : Deformación plástica. absorción de energia. Resiliencia ZONA DE TRANSICIÓN : Temperatura. Resiliencia.

30 FATIGA Consiste en someter a las probetas, de formas y dimensiones prefijadas, a un determinado número de ciclos de esfuerzos de magnitudes y sentidos variables. Los ensayos pueden prolongarse hasta la rotura completa de la probeta o interrumpirse cuando el material ha soportado un número de ciclos determinado.

31 ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYO DE PLEGADO Se utilizan para saber si un material es útil o no para una aplicación concreta. ENSAYO DE RECALCADO Determinamos la flexibilidad del material. El ensayo finaliza cuando la barra alcance el ángulo de curvatura previsto. Comportamiento del material bajo esfuerzos de compresión. Se utiliza una barra cilíndrica cuya altura es igual al doble de su diámetro. Se aplica una fuerza de compresión hasta que su altura se reduce a 1/3 de la inicial ó aparece la primera grieta.

32 ENSAYOS TECNOLÓGICOS ENSAYO DE EMBUTICIÓN ENSAYO DE MALEABILIDAD Se utilizan para saber si un material es útil o no para una aplicación concreta. Comportamiento del material, cuando se somete a proceso de embutición profunda. Ensayo utilizado para planchas Consiste: En estampar una bola o cilindro con un extremo esférico sobre una chapa sujeta por todos sus lados. Hasta que aparece la primera grieta. *Se realiza el ensayo a temperatura alta. *Probleta plana. *Se golpea con martillo cuando esta al rojo, hasta que la anchura alcanzada sea una vez y media la anchura inicial.

33 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS MATERIALES: ENSAYOS QUÉ SON? QUÉ DEFECTOS? QUÉ ENSAYOS? Son ensayos que se aplican sobre piezas y elementos que han sufrido procesos de mecanización, como laminados, forjados, embutidos, soldados y mecanizados. Tienen como finalidad descubrir y localizar defectos en la superficie o en el interior de los materiales. Grietas superficiales. Rechupes (zonas interiores del material vacías) Inclusiones.(zonas del material con composición química diferente) *Sopladuras.( zonas del material con gases que quedaron en la solidificación). Líquidos penetrantes. Rayos X. Rayos gamma. Partículas magnéticas. Ultrasonidos.

34 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS MATERIALES: ENSAYOS LÍQUIDOS PENETRANTES

35 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS MATERIALES: ENSAYOS RAYOS X Son radiaciones electromagnéticas con longitud de onda de 10-7 mm, que permiten atravesar materiales que resultan opacos a la luz visible Si la zona examinada es de espesor uniforme no existen defectos y la estructura es homogénea, toda la placa se impresiona con la misma tonalidad. La placa presenta zonas más claras en las zonas donde hay inclusiones metálicas. RAYOS GAMMA Son radiaciones electromagnéticas con longitud de onda de mm, que permiten atravesar materiales que resultan opacos a la luz Y rayos X.

36 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS MATERIALES: ENSAYOS PARTÍCULAS MAGNÉTICAS El ensayo con partículas magnéticas se utiliza para detectar discontinuidades en piezas de materiales ferromagnéticos. Se fundamenta en las perturbaciones que sobre las líneas de fuerza de un campo magnético intenso producen las grietas, rechupes, sopladuras Este método se lleva a cabo induciendo un campo magnético a un material ferromagnético, y entonces espolvoreando en la superficie partículas de Fe (ya sea seco o en una suspensión). Las imperfecciones superficiales modifican el campo y las partículas de hierro se concentran en los defectos. Sólo materiales ferromagnéticos. Defectos superficiales perpendiculares a las líneas de campo.

37 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ULTRASONIDOS. Ensayo basado en la transmisión de longitudes sonoras de alta frecuencia en el interior del material para detectar imperfecciones. Se estudian las ondas emitidas y el desplazamiento en el tiempo para detectar las reflejadas, y posibles alteraciones nos indican imperfecciones en el material (las ondas ultrasónicas no viajan a través del aire). Todo tipo de materiales