CLASIFICACIÓN DE ENSAYOS PARA MATERIALES

ANÁLISIS INDUSTRIAL
La Industria Siderúrgica: Productos Finales (Ensayos)
Objetivo de los ensayos:
 Conocer las propiedades de los nuevos materiales, la
influencia de la composición química o de los tratamientos
térmicos.
 Evaluar el futuro 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.

Clasificación de los ensayos:
 Químicos: Determinar la composición química y
resistencia a los agentes químicos del material.
 Metalográficos: Emplear microscopios para observar la
macro y microestructura, es decir, el tratamiento
mecánico y térmico que ha sufrido el material.
 Físicos: Evaluar las propiedades físicas y detectar
heterogeneidades y defectos internos del material.
 Mecánicos: Evaluar la elasticidad y resistencia del
material.


Ensayos metalográficos: clasificación.
 Macroscópicos: desde simple vista hasta 15 aumentos.
 Microscópicos: desde 15 aumentos en adelante.
Ensayos metalográficos: 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 metalográficos: Macroscopía.
Ensayos o electrolíticamente).

Suministra información sobre la macroestructura:
 Segregaciones.
 Inclusiones no metálicas.
 Tratamientos termoquímicos.
 Defectos de fabricación.
 Orientación de los granos.
 Penetración del temple.

Ensayos metalográficos: Macroscopía.
Se puede llevar a cabo sobre:
 Superficies naturales (fracturas).
 Superficies preparadas sin ataque.
 Superficies preparadas con ataque.

Impresión del azufre (Baumann):

H2SO4 2% FeS+H2SO4→FeSO4+H2S
AgBr
MnS+H2SO4→MnSO4+H2S
Pieza

Ag2S+2HBr←2AgBr+H2S

Impresión del fósforo:

Molibdato HNO3
amónico Fosfomolibdato
Pieza
HCl/
SnCl2

Azul de Molibdeno

Ensayos metalográficos: Microscopía.
Suministra información sobre la macro y microestructura:
 Estructuras de las aleaciones (tratamientos
térmicos).
 Tamaño y forma de los granos.
 Naturaleza de las inclusiones no metálicas.
 Defectos microscópicos.
 Corrosiones intregranulares.
 Capas superficiales.

Microscopio Metalográfico

Lente Lente
Colectora Ocular

Espejo
Foco Plano
Luminoso

Objetivo
Espejos
Cóncavos
Muestra

Ensayos metalográficos: Microscopía.

Microscopio Electrónico

Cañón de electrones

Haz de electrones
Las lentes
magnéticas
enfocan el haz de Lentes condensadoras
electrones sobre magnéticas
la muestra de 5 a
200 nm
Controles de las
bobinas de barrido

Lentes objetivo
magnéticas

Detector
de Rayos x
Detector de e-

Muestra

Pantalla
A la bomba
de vacío
Interacciones elásticas: electrones retrodispersados.
Interacciones inelásticas: electrones secundarios,
electrones Auger, rayos X y a veces fotones de
longitudes de onda más corta.

Ensayos físicos: clasificación.
 Ensayos térmicos.
 Ensayos magnéticos.
 Ensayos eléctricos.
 Ensayos de penetración superficial.
 Ensayos de ultrasonidos.
 Ensayos de rayos x.
 Ensayos de rayos γ.

Ensayos físicos: ensayos térmicos.
 Consisten en medir alguna propiedad (absorción o
desprendimiento de calor, dilatación, conductividad
eléctrica, imanación, volumen específico, etc.) 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 físicos: ensayos magnéticos.
Consisten en medir variaciones de alguna propiedad
magnética debida a perturbaciones estructurales.

Ensayos físicos: ensayos eléctricos.
Consisten en medir variaciones de alguna propiedad
eléctrica debida a perturbaciones estructurales.

Ensayos físicos: ensayos de penetración superficial.
Consisten en detectar defectos superficiales haciendo
entrar en la pieza un 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 organol).
 Empleando una disolución de isótopos
radioactivos (sal de torio).


Ensayos físicos: ensayos con ultrasonidos.
Consisten en en detectar defectos internos basándose
en la reflexión de las ondas sonoras al atravesar
medios de diferente densidad.
Emisor Emisor Receptor

Pieza
Defecto Pieza

Defecto
Receptor
Transmisión Reflexión

Ensayos físicos: ensayos con rayos X.
en la absorción de rayos X.
Io Io

Pieza Defecto

I I´

Ensayos físicos: ensayos con rayos γ.

en la absorción de rayos γ.

Ventajas:
 Posibilidad de examinar piezas de mayor
espesor.
 Instrumentación más sencilla.
 Resulta más sencillo alcanzar partes de las
piezas poco asequibles.
 Facilidad de transporte al pie de obra.

Inconvenientes:
 Peligro del empleo de material radioactivo.
 Para pequeños espesores la sensibilidad no es
buena.
 Tiempos de exposición prolongados (varias
horas).

Ensayos mecánicos: clasificación.

 Ensayos estáticos:
 Tracción.
 Compresión.
 Cizalladura.
 Flexión.
 Pandeo.
 Torsión.
 Ensayos con tensiones múltiples.
 Ensayos de dureza.
 Ensayos de duración:
 Fatiga.
 Fluencia.
 Ensayos tecnológicos.

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


Diagrama tipo de esfuerzos y deformaciones

Lo
So

F Lv
σ=
S O
Sv

F

B H

A
C D F
σ = max
F
S σ =
R v

S
O v

σP σF O

σE α

O ∆l
ε=
l O

Zona de proporcionalidad (O→A): Se cumple la ley de
Hooke, es decir, σ = E.ε, donde E es el módulo de
elasticidad (E=tgα). Podemos definir:
 Límite real de elasticidad (σ E): Mayor esfuerzo que,
al dejar de actuar, no produce ninguna deformación
permanente.
 Límite de proporcionalidad (σ P): Esfuerzo por encima
del cual las deformaciones dejan de ser proporcionales
a los esfuerzos aplicados.

Información que se obtiene.
El valor de E está relacionado con la naturaleza de los
enlaces interatómicos (E=f(Tf/V2)):
 Los materiales con E elevado se utilizan cuando se
precisa una gran rigidez (poca deformación bajo
cargas).
 Los materiales con E bajo se utilizan cuando se
precisa absorber trabajos de choque (elevada

Zona de deformaciones permanentes (A→F): Al cesar el
esfuerzo la probeta no recupera la longitud inicial. Por
encima de B el material se comporta de forma plástica
(conserva la deformación permanente) y comienza la
fluencia (el material se alarga aunque no aumente el
esfuerzo o disminuya). Podemos definir:
 Límite de fluencia o límite elástico aparente (σ F):
Esfuerzo a partir del cual las deformaciones se hacen
permanentes.

El valor de σ F depende de la composición química del
material y del tratamiento térmico al que se haya
sometido:
 Aumenta con el contenido en carbono.
 Aumenta con el temple y disminuye con el revenido y
recocido.

Zona de estricción y rotura (F→H): Se produce una
disminución importante de la sección (estricción). Al
aumentar la estricción el esfuerzo disminuye. Podemos
definir:
 Esfuerzo de rotura (σ R): Esfuerzo máximo que
soporta la probeta.
 Esfuerzo último (σ v): Esfuerzo en el momento de la
rotura.
 Alargamiento de rotura: δ=((lv-lo)/lo)x100.

 Estricción de rotura: ψ=((So-Sv)/So)x100.

El valor de σ R depende de los mismos factores que σ F:

 Cuanto mayor es la diferencia entre σ R y σ F mejor
soporta el material las deformaciones plásticas sin
romperse.
 La diferencia es máxima con el recocido y mínima
con el temple.


Ensayos mecánicos: compresión.
un esfuerzo de compresión progresivamente creciente,
rotura o aplastamiento.
Carga

Probeta

Ensayos mecánicos: cizallamiento.
un esfuerzo cortante progresivamente creciente,
rotura por deslizamiento a lo largo de la sección de
cizallamiento.

Carga

Probeta

Ensayos mecánicos: 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.

Carga

Probeta

Ensayos mecánicos: 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.
Carga

Probeta


Ensayos mecánicos: torsión.

un esfuerzo de torsión progresivamente creciente,
rotura.

Probeta

Carga

Ensayos mecánicos: tensiones múltiples.
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.
Entalla

Carga Carga
Probeta

Ensayos mecánicos: tensiones múltiples.
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).

W = P(H − h) = Pl(cos β − cos α)
R

W
ρ= R

S0

Ensayos mecánicos: dureza.
Concepto de dureza en metalurgia.
Resistencia que oponen los materiales a dejarse penetrar
por otros más duros.

Métodos estáticos.
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).
P

d
D

P 2P
H (Kp/mm ) =2
=
S πD(D - D − d )
2 2

Dureza de Brinell.
Ventajas Inconvenientes
• No destructivo. • Con durezas por encima de
• Se puede efectuar en 400 Kp/mm2 no da buenos
diversos puntos de la resultados y por encima de
pieza (homogeneidad). 600 Kp/mm2 no es aplicable
(deformación de la bola).
• Fácil de ejecutar
• Permite calcular • Lentitud.
aproximadamente σ R:
σ R=mH+n
Dureza de Vickers.
La impresión se produce mediante una pirámide
cuadrangular de diamante. P

l2
l1

P 4P
H (Kp/mm ) =
2
= 1,8544
S (l + l )
1 2
2

Dureza de Vickers.

• Se pueden medir • Lentitud.
materiales de dureza más
elevada (hasta 1000
Kp/mm2).
• Medidas más precisas.

Dureza de Rockwell.
La impresión se produce mediante un penetrador de
diamante en forma cónica.
10 kg
150 kg 10 kg

ho h

e =h−h o


• Rapidez. • Menos preciso.

Métodos dinámicos.

• Aparatos muy sencillos y • Menor exactitud y
portátiles. precisión.
• Rapidez.
• Aplicables en cualquier
lugar.
• Aplicables tanto a
piezas grandes como
pequeñas.
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.

Ensayos mecánicos: fatiga.
Concepto de 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.

Ensayos mecánicos: fluencia viscosa (creep).
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 (dδ/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.
T=Kte
dδ/dt

σ T
δ v 4 σ
4
v 3
3

v3
v3 v1
σ2 v2
v2 v2
σ1
v1
v1

1000 h σ1 σ2 σ3
t σ σ

Ensayos mecánicos: ensayos tecnológicos.
Concepto de ensayos 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 de desgaste.
Consiste en evaluar la resistencia al desgaste por
rozamiento de los materiales midiendo el peso del mismo
antes y después del ensayo.

Ensayos sobre planchas.
 Plegado: Consiste en doblar el material observando si
aparecen grietas en la parte exterior de la curva. Se
obtiene información sobre la plasticidad del material.
 Doble plegado: Consiste en doblar una lámina fina en
dos direcciones perpendiculares observando si aparecen
grietas.
 Doblado alternativo: Consiste en doblar una lámina fina
90º hacia uno y otro lado contando el número de veces
requerido para que la lámina se rompa.
 Recuperación elástica: Consiste en doblar una lámina
fina un determinado ángulo θ, dejando posteriormente la
lámina en libertad y midiendo el ángulo final θ 1. A θ-θ 1
se denomina ángulo de recuperación elástico.
 Embutido: Consiste en medir la capacidad para resistir
deformaciones hasta la aparición de roturas al embutir en
la plancha una pieza esférica. Según el aspecto que
presenta la rotura se obtiene información sobre la calidad
de los tratamientos térmicos.

Ensayos sobre tubos.
 Doblado: Consiste en rellenar un tubo de paredes
delgadas con plomo o arena y doblar en torno a un yunque
midiendo el ángulo en el que aparece la primera grieta.
 Plegado: Consiste en colocar el tubo entre dos planchas
presionando hasta que las paredes interiores se unen o
adaptan a una pieza rectangular colocada en su interior.
Se examina si aparecen grietas.
 Ensanchamiento: Consiste en doblar hacia fuera los
bordes del tubo 60º, 90º y 180º observando si aparecen
grietas.
 Presión interior: Consiste en introducir líquidos o gases
a elevada presión observando si aparecen grietas.

Ensayos sobre varillas y alambres.
Se realizan ensayos de doblado, doblado alternativo,
plegado, doblado con entalla, arrollamiento (enroscar un
alambre en torno a otro de igual diámetro y después se
endereza observando la superficie) y torsión (se sujeta el
alambre por un extremo y se hace girar por el otro
contando el número de vueltas necesario para romperlo).

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