Resistencia de materiales.

Índice

1. Introducción………………………………………………………… 2
2. Dureza…………………………………………………………………4
3. Ensayos de tracción…………………………………………………16
4. Ensayos de tracción en caliente…………………………….………20
5. Fluencia………………………………………………………..….….21
6. Ensayos de compresión…………………………..............................23
7. Pandeo………………………………………………………….…….26
8. Flexión estática………………………………………………………..29
9. Torsión………………………………………………………………..36
10. Bibliografía………………………………………………....................46

1. Introducción

En este trabajo abordaremos las técnicas utilizadas en los ensayos estáticos de características mecánicas de los materiales, dichas características que desglosaremos son: dureza, tracción en frío y en caliente, fluencia, compresión, pandeo, flexión estática y torsión.

El ensayo de tracción se entenderá como la prueba que consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta, con el fin de comprobar una o más de sus propiedades características que sirven para formar un juicio sobre dichas características o propiedades. Simulando las condiciones a las que se va a ver sometido dicho material.

Clasificación de ensayos:

Cabe destacar que es conveniente saber que tipos de ensayos vamos a realizar, por tanto que características se obtendrán de dichos ensayos. Los ensayos los podemos dividir según varios criterios.

-Según su rigurosidad: Ensayos científicos y ensayos tecnológicos. Es decir, los primeros obtienen datos numéricos constatados, mientras que los otros simplemente obtienen una respuesta a si dicho material es adecuado o no para la utilidad que se le va a dar.

• Según la naturaleza del ensayo: Ensayos químicos, físicos y ensayos mecánicos.
• Según sean los ensayos destructivos o no destructivos: Los ensayos destructivos son aquellos en los que se produce un daño o rotura del material ensayado mientras que los ensayos no destructivos solo analizan grietas o defectos de una determinada pieza sin alterar su estructura.

Y por último podremos dividir los ensayos de materiales en función de la velocidad de aplicación de las fuerzas utilizadas para el ensayo en dos tipos:

1. Ensayos dinámicos en los que la velocidad de aplicación de los ensayos juega un papel determinante en el resultado.
2. Ensayos estáticos en los que la velocidad de aplicación de las fuerzas al material no influye en el resultado del ensayo.

1. Dureza

La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes, entre otras. Como ya hemos visto el concepto de dureza puede referirse a múltiples cualidades de un material. Normalmente encontramos cuatro tipos de dureza:

-Dureza por penetración: resistencia a la penetración o resistencia a la deformación plástica que opone un material a ser presionado por un penetrador determinado y bajo la acción de cargas preestablecidas.

-Dureza por rebote: Absorción de energía bajo cargas de impacto o dinámicas.

-Dureza por desgaste: Resistencia a la abrasión.

-Dureza por rayado: Resistencia al rayado.

Como vemos la concepción de dureza es muy amplia pudiéndose referir a múltiples cualidades sin embargo todas tienen una base en común, que se produce una deformación plástica. Por tanto podríamos definir la dureza como la resistencia de un material a la deformación plástica localizada.

A continuación desarrollamos los ensayos de dureza:

• Brinell
• Poldi (variable de la dureza Brinell)
• Rockwell
• Vickers:
• Microdureza

Ensayo de dureza Brinell:

El ensayo Brinell consiste en presionar una bolita de material muy duro (más duro que el material que se va a ensayar) contra el material que queremos ensayar.

Al presionar dicha bola contra la superficie del material se produce una deformación de la superficie, que deja una huella. La dureza del material viene dada por la relación de la fuerza aplicada y la superficie de la mueca.

La profundidad de la mueca se mide directamente en la máquina manteniendo constante la presión de la bolita contra el material a fin de que haya un buen contacto entre ésta y el material ensayado. Si no pudiésemos medir la profundidad de la mueca. Podríamos calcular el grado de dureza Brinell en función del diámetro de la mueca y de la bola. Partiendo de la consideración de que la profundidad de la mueca viene dada por:

[pic 1]

Siendo el ángulo α, el ángulo en el que se ha sometido el ensayo (suponiendo 90º). Obtenemos la fórmula del grado de dureza Brinell en función de los diámetros.

Penetradores:

Para realizar el ensayo Brinell se utiliza una bolita, normalmente de 10mmm, de acero duro HB=630. Si bien estas consideraciones no son siempre válidas puesto que para espesores muy pequeños la norma ASTM indican que el espesor e no debe ser menor de diez veces la profundidad de la penetración, limitando de este modo el diámetro de la bolita. Así mismo esta norma establece la dureza de la bolita en cuestión.

Cargas empleadas:

Las cargas estándar de la norma ASTM para una bolita de 10 mm son:

• Carga 3000 kg para durezas de 160 a 600
• Carga 1500 kg para durezas de 80 a 300
• Carga 500 kg para durezas de 26 a 100

Tiempo de carga:

Los tiempos de carga tienen influencia en el valor de dureza obtenido. Si la velocidad de aplicación de la carga es muy alta, se puede producir una sobrecarga (la carga sobrepasa el valor de ensayo antes de estabilizarse) que producirá una huella de mayor diámetro. Por otro lado si el tiempo que se retiene la carga es insuficiente el tamaño de la huella será menor. Es por esto por lo que la norma ASTM ha dispuesto unos tiempos de aplicación de la carga en función de la carga empleada y del material a ensayar.

Indicación de la dureza Brinell:

Para indicar el grado de dureza Brinell que posee un material no basta con decir cuál ha sido el resultado del ensayo sino que se debe de especificar las características del ensayo realizado al material. En la práctica esto se hace acompañando al grado de dureza Brinell de tres subíndices que especifican el diámetro de la bolita utilizada, la carga aplicada y el tiempo de aplicación de la carga aplicada para la realización del ensayo.

Conclusiones del ensayo Brinell:

Se puede decir que a partir de los 400 grados Brinell es recomendable determinar la dureza a través de métodos como el Rockwell o Vickers. Por último el método no es aplicable a piezas de espesor delgado ya que la penetración ocasionada por el ensayo Brinell puede ser mayor que dicho espesor.

[pic 2]

Dureza POLDI:

Es una variable de la dureza Brinell. Es portátil, e independiente de la carga.

Se basa en ejercer una carga P sobre un penetrador que nos producirá dos huellas sobre dos materiales a ensayar. Una de dureza conocida y otra de dureza desconocida. La dureza será pues razón inversa del tipo de material.

Consiste básicamente en hacer una regla de tres entre las superficies de las muecas y los grados de dureza obtenidos quedando:

[pic 3]

Ensayo de dureza Rockwell:

El grado de dureza Rockwell vienen dado en función del grado de penetración de la pieza a ensayar a causa de la acción del penetrador. Se calcula la dureza en base a la profundidad de penetración y la carga total no se aplica en forma continua. Hay una carga inicial y otra adicional (varía según las condiciones de ensayo).  El valor se obtiene en directa del dial del indicador. La dureza viene dada por el incremento de penetración debido a la acción de la carga adicional y una vez suprimida ésta.

...