Tipos de ensayos
Según rigurosidad
- Técnicos de control: Se realizan durante la fabricación, rápidos y simples.
- Científicos: Se realizan a los materiales, precisos, fieles y de gran sensibilidad.
Según forma de realizar el ensayo
- Destructivo: Los materiales ven alterada su forma original.
- No destructivos: No ven alterada su forma.
Métodos empleados
- Químicos: Permite conocer la composición química.
- Metalográficos: Estudia la estructura interna del material.
- Físicos y fisicoquímicos: Determina las propiedades físicas.
- Mecánicos: Características elásticas y de resistencia de los materiales.
Tensión y deformación
Varilla cilíndrica de longitud lo y sección Ao sometida a una tensión uniaxial F. Se provoca un alargamiento (Deformación)
Ensayo de tracción
Dos tipos de probetas:
- Cilíndricas: Ensayos con materiales forjados, fundidos, barras, redondos laminados y planchas gruesas.
- Prismáticas: Planchas de espesor medio y pequeño.
Máquinas de tracción
Dispositivos que someten a las probetas a un esfuerzo de tracción.
Diagrama de tracción
- Primera zona: las deformaciones son proporcionales a las tensiones.
- Segunda zona: Pequeñas variaciones de tensiones que generan grandes deformaciones.
Zonas fundamentales
- Zona elástica: Al cesar las tensiones, los materiales recuperan su lo.
- Zona plástica: Aunque cesen las tensiones el material no recupera su lo.
Dentro de la zona elástica
- Zona de proporcionalidad: Recta, proporcionalidad entre tensión y alargamiento, zona donde deben trabajar los materiales.
- Zona no proporcional: El material se comporta elásticamente, las deformaciones y tensiones no están relacionadas.
Dentro de la zona plástica
- Zona límite de rotura: A pequeñas variaciones se producen grandes alargamientos. Deformaciones permanentes. El límite (límite de rotura) y la tensión aplicada (tensión de rotura). El material se considera roto aunque no haya fractura visual.
- Zona de rotura: Superando el punto de rotura, el material se sigue alargando hasta una rotura física total.
Gráfica de ensayo del acero
Tiene una zona donde se produce un alargamiento sin que varíe la tensión. Se conoce como fluencia. El punto donde comienza es el límite de fluencia, y la tensión en dicho punto tensión de fluencia.
Aplicación de ley de Hooke al ensayo de tracción
Módulo elástico o módulo de Young, fórmula fundamental de la tracción.
Tensiones máximas de trabajo
La tensión máxima de trabajo es el límite de carga que podemos someter a una pieza. Es inferior a la tensión del límite de proporcionalidad.
- El elemento no padece deformaciones plásticas.
- Cumple la ley de Hooke.
- Permite un margen de seguridad.
Ensayo de dureza
Ensayo Brinell
Comprimir una bola de acero templado contra el material a ensayar con una carga durante un tiempo. Generalmente Brinell se aplica por medio tablas, conocido el diámetro de la huella se encuentra la dureza.
Ensayo Vickers
El penetrador es una pirámide regular de base cuadrada cuyas caras laterales forman 136º. Se utilizan para durezas superiores a 500HB.
Ensayo Rockwell
(HRB bola, HRC cono) Brinell no permite medir la dureza de los aceros porque se deforman las bolas. Por eso se utiliza Rockwell que determina la dureza en función de la profundidad de la huella. Es menos preciso pero es válido en materiales blandos y duros.
Realización del ensayo:
- Aplicar 10Kp y medir la profundidad de una pequeña huella.
- Se aumentan las cargas en 90Kp para la bola y 140Kp para el cono. Se comprime durante entre 3 y 6 segundos y se mide la huella.
- Se retiran las cargas adicionales y permanecen únicamente las deformaciones plásticas. La dureza se expresa por el valor de la diferencia respecto a dos números de referencia. En bola, 130-e y en cono 100-e. La amplitud de la escala es de 0.2mm y la unidad e equivale a 0.002 mm (2 micras).
Ensayo dinámico por choque, resiliencia
La máquina más utilizada en el ensayo de resiliencia es el péndulo de Charpy. Consta de una base rígida con dos soportes. Lleva acolplado un brazo giratorio, un martillo en forma de disco el cual golpea la probeta produciendo la rotura.
Ensayos de fatiga
Esfuerzos variables que se repiten con cierta frecuencia, se pueden romper las piezas con cargas inferiores a las de rotura (fatiga).
Leyes
- Las piezas metálicas pueden romperse bajo esfuerzos inferiores a su carga de rotura o incluso límite elástico.
- Para que la rotura no tenga lugar es necesario que la diferencia entre la carga máxima y mínima sea inferior a un determinado valor.
Ensayos de fatiga más habituales
- Flexión rotativa y torsión.
Ensayo de plegado
Estudia las características de plasticidad de materiales metálicos, se puede analizar en frío o caliente.
Ensayo de embutición
Importante para las planchas, consiste en presionar un vástago sobre la chapa hasta que aparece la primera grieta. Se comprueba su grado midiendo la penetración en milímetros hasta la primera grieta.
Aleación
Producto que resulta de la unión de dos o más elementos, uno de los cuales es un metal.
- Disolvente: Componente que entra en mayor proporción.
- Soluto: Componente que entra en menor proporción.
Tipos de disoluciones sólidas, deformaciones en la red cristalina
- Solución por sustitución: Los átomos de disolvente y soluto tienen una estructura similar y ambos forman parte del edificio cristalino, al reemplazarse átomos del disolvente por átomos de soluto.
- Solución por inserción: Los átomos de soluto son muy pequeños y se colocan en el interior de la red cristalina del disolvente.
Solidificación
Cristalización o formación de los cristales.
Etapas de la solidificación
- Nucleación: Es necesario un subenfriamiento de manera que los embriones iniciales puedan crecer y proporcionar auténticos núcleos.
- Cristalización: Crecimiento del núcleo en las tres direcciones del espacio (dentritas).
- Formación del grano: Los cristales van dando una estructura granular que se junta con la que viene de otro lugar en los límites del grano. En metalurgia el tamaño de los granos ha de ser pequeño ya que mejora las propiedades mecánicas.
Regla de las fases de Gibbs
Cada una de las sustancias de un sistema material se denomina componente. A las partes homogéneas de un sistema que se diferencian físicamente se denominan fases. El número de variables que podemos modificar libremente son los grados de libertad. Gibbs permite calcular el número de fases que pueden coexistir en un equilibrio de un sistema material.
Casos del agua pura
Sacaremos las siguientes consecuencias:
- Coexisten tres fases en equilibrio (sólido, líquido y vapor), el número de componentes 1 (agua). Consecuencia: ninguna de las variables presión-temperatura se puede modificar. Es un punto invariante.