ENSAYO DE MATERIALES

ENSAYOS

1. OBJETIVOS DE LOS ENSAYOS

• Conocer las propiedades de los nuevos materiales, la influencia de la composición química o de los tratamientos térmicos.

• Evaluar el futuro de 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.

2. CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYOS

• Químicos

• Metalográficos

 Macróscopicos.-Desde simple vista hasta 15 aumentos.

 Micróscopicos.-Desde 15 aumentos en adelante.

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).

MACROESTRUCTURA

 Segregaciones

 Inclusiones no metálicas

 Tratamientos termoquímicos

 Defectos de fabricación

 Orientación de los granos

 Penetración del temple

SE PUEDE LLEVAR A CABO SOBRE:

o Superficies naturales ( fracturadas)

o Superficies preparadas sin ataque

o Superficies preparadas con ataque

MACRO Y MICROESTRUCTURA

 Estructuras de las aleaciones ( tratamientos térmicos)

 Tamaño y forma de los granos

 Naturales de las inclusiones no metálicas

 Defectos microscópicos

 Corrosiones intregranulares

 Capas superficiales

• Físicos

 Ensayos térmicos

Consiste en medir alguna propiedad 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.

 Ensayos magnéticos

Consisten en medir variaciones de alguna propiedad magnética debida a perturbaciones estructurales.

 Ensayos eléctricos

Consisten en medir variaciones de alguna propiedad eléctrica debida a perturbaciones estructurales.

 Ensayos de penetración superficial

Consisten en detectar defectos superficiales haciendo entrar a a la pieza en 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 órgano).

 Ensayos de ultrasonidos

Consisten en detectar defectos internos basándose en la reflexión de las ondas sonoras al atravesar medios de diferente densidad.

 Ensayos de rayos x

Consisten en detectar defectos internos basándose en la absorción de rayos X.

 Ensayos de rayos y

Consisten en detectar defectos internos basándose en la absorción de rayos y.

• Mecánicos

 Ensayos estáticos:

 Tracción

 Compresión

 Cizalladura

 Flexión

 Pandeo

 Torsión

 Ensayos con tensiones múltiples.

 Ensayos de dureza.

 Ensayos de duración:

 Fatiga

 Fluencia

 Ensayos tecnológicos

TRACCIÓN

Estudio del comportamiento de un material sometido a un esfuerzo de tracción progresivamente creciente, ejercido por una máquina apropiada, hasta conseguir la rotura.

 Zona de proporcionalidad (O→A)

 Zona de deformaciones permanentes (A→F)

 Zona de estricción y rotura (F→H)

COMPRENSIÓN

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.

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.

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.

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.

TORSIÓN

Estudio del comportamiento de un material sometido a un esfuerzo de torsión progresivamente creciente, ejercido por una máquina apropiada, hasta conseguir la rotura.

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.

Ensayos por choque: método de Charpy

.Consiste en romper mediante un solo golpe, con un péndulo, una probeta entallada midiéndose la resiliencia, ρ, que es la relación entre el trabajo absorbido en la rotura (en julios) y la sección de rotura (en m2).

DUREZA

Resistencia que oponen los materiales a dejarse penetrar por otro más duro.

Método Estático

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).

Dureza de Vickers.- La impresión se produce mediante una pirámide cuadrangular de diamante.

Dureza Rockwell.- La impresión se produce mediante un penetrador de diamante en forma cónica.

Método Dinámico

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.

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.

FLUENCIA VISCOSA

Concepto de fluencia viscosa (δ)

Deformación lenta en función del tiempo, después de la aplicación del esfuerzo, de materiales sometidos a temperaturas elevadas (300-1400ºC) y cargas permanentes. δ=f(σ,T,t

Realización del ensayo.

 Se obtienen las familias de curvas de δ frente a t para distintas cargas. Del gráfico se deduce la velocidad de fluencia (dä/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.

Ensayo 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

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