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Ensayos destructivos mecánicos

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Ensayos Destructivos Mecánicos



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  1. 1. Ensayos Destructivos Mecánicos Los ensayos destructivos son pruebas que a las que se someten los materiales con el fin decomprobar sus propiedades como dureza, tenacidad, resistencia mecánica, ductilidad, y asípoder verificar la calidad de dicho material y hacer una correcta aplicación de ellos. Estosensayos son muy importantes ya que nos muestran en una manera proporcional, como losmateriales se desempeñarían en distintas situaciones. Los ensayos más importantes son lossiguientes. •Composición •Metalografía •Tracción •Impacto •Dureza •FatigaComposiciónLa determinación de la composición química cualitativa y cuantitativamente de los metales ysus aleaciones se efectúa en forma general mediante los procedimientos llamados: VIAHÚMEDA y VIA ESPECTROGRÁFICA. Vía HúmedaEs un proceso en el que una muestra es disuelta, generalmente, en agua o en ácidos yemplea reactivos igualmente en solución. Constituye la base del análisis químico cualitativoclásico actual. •PRECIPITACIÓN •COLORACIÓN Y DECOLORACIÓN •DESPRENDIMIENTOS GASEOSOS •CATÁLISIS •INDUCCIÓN •ENMASCARAMIENTO EXTRACCIÓNLa vía húmeda es un análisis químico en laboratoriosespecializados cuyos resultados son interpretados según los parámetros de la químicainorgánica que competen a otra materia y sirve para determinar la presencia del el carbono y elazufre en la muestra.VíaEspectográfica
  2. 2. Este constituye una análisis cualitativosimplificado en donde se pone en incandescencia una muestra del material a ensayar con una fuente externa de calor; la luzemitida por el material se descompone por medio de un prisma, en un espectro multicolor,cada línea del espectro corresponde a un elemento químico determinado que se identificasobreponiendo a la placa fotográfica un espectrograma transparente en el que estánregistradas las líneas de color correspondientes a los diferentes elementos químicos. Loscuantómetros son los más modernos y perfectos aparatos y obtienen resultados en menos decinco minutos. Para analizar el Carbono, el Azufre y el Fósforo, el arco sobre la muestra debeproducirse en vacío por lo que, como equipo adicional, los cuantómetros están equipados conuna bomba rotatoria de dos etapas y de inyección de Argón para producir el vacío y barrer elúltimo vestigio de aire en la cámara de chispas. Metalografía Los ensayos metalográficos o estructurales se basan en la observación microscópica de lasuperficie de una probeta adecuadamente preparada en donde se hace visible la forma,tamaño, tonalidad, orientación, etc. de los diferentes microconstituyentes o granos que formanla estructura cristalina de los materiales, pudiéndose revelar también, del estudio de la misma,los tipos de inclusiones e impurezas y los tratamientos térmicos o mecánicos a que han sidosometidas las piezas.Los pasos a seguir en un ensayo metalográfico son los siguientes: •Desbaste o esmerilado burdo. •Pulido intermedio. •Pulido fino. •Ataque con reactivo. •Observación microscópica. •Impresión de microfotografía.Interpretación de resultados.Los Microscopios usados en los ensayos metalográficos son del tipo ópticos ometalográficos de banco que alcanzan ampliaciones no mayores de 2000 veces (2000x) y losmicroscopios electrónicos que alcanzan ampliaciones de 30,000x a 200,000x y los máspotentes hasta de 600,000x. Tracción Consiste en someter a una probetanormalizada a un esfuerzo de traccióncreciente hasta que se produce la rotura de laprobeta con una fuerza estática o aplicadalentamente.
  3. 3. La prueba se efectúa en unaMáquina Universal de Tracción que puedetener acoplado un extensómetro para medir laelongación de la probeta sometida a la prueba yungraficador para obtener la curva esfuerzo-deformación. Los resultados se interpretanmatemáticamente y se da a conocer, el procentaje de alargamiento, la elongación (ductilidad) yla resistencia mecánica. Impacto Se define también como ensayo detenacidad, donde la tenacidad es la cantidadde energía absorbida por un material hastaantes de su ruptura y está presente en losmateriales con una buena ductilidad yresistenciamecánica.Esta prueba se realiza mediante unamáquina ensayadora de impacto del tipo“izod” o “charpy” cuya diferencia radica en laforma de sujeción de la probeta. En estaprueba se coloca la probeta (a ciertatemperatura) en la máquina y con un“martillo” integrado se le golpea y al tiempoque la probeta absorbe el golpe, un medidor muestra la energía absorbida hasta suruptura. Dureza Entre las propiedades fundamentales de los metales se encuentra la Cohesión que como sesabe, es la resistencia que ofrecen los átomos de un cuerpo a separarse. La cohesión sevaloriza mediante los ensayos de dureza. Se define la dureza como la oposición que ofrecenlos cuerpos a ser rayados o penetrados por otro. Dentro de los métodos conocidos seencuentran: 1.Dureza Rockwell: está basado en la profundidad de lapenetración del indentador. Se aplica con una precargade 10 Kgf, la cual se considera como el nivel cero de lapenetración. Se realizan mediciones de durezavolumétrica según escalas A, B y C y también paradurezas superficiales según escalas T y N. 2.DurezaBrinell: consiste en indentar la superficiemetálica con una bola de carburo de wolframio de 1, 2,5y 5 mm de diámetro y con cargas de 10, 30, 62,5 y187,5 Kgf 3.DurezaVickers: usa un indentador de diamante deforma piramidal y de base cuadrada con ángulos de136º y también se cuenta con uno de 120º. El durómetrocuenta con cargas de 10, 30 60 y 100 Kgf 4.DurezaKnoop: procedimiento llamado también demicrodurezas, se basa en la formación de pequeñashuellas o impresiones extremadamente pequeñas. Las cargas aplicadas varían entre 1kg. y 100 Kg. dependiendo del material de que se trate. Utiliza una pirámide dediamante del tipo Vickers de base cuadrada o también un marcador piramidal alargadode diamante. En la microhuella formada en la máquina Knoop se mide la longitud de ladiagonal más larga con ocular
  4. 4. de micrómetro de rosca, convirtiendo este valor endurezaKnoop (HK) usando las tablas correspondientes o en su defecto aplicando lafórmula empírica. Fatiga Se define la fatiga como el desfallecimiento que sufren los metales al cabo de undeterminado número de esfuerzos alternados de intensidad variable; en una falla por fatiga sedistinguen 3 períodos: 1.Incubación de la falla 2.Fisuración progresiva 3.Ruptura final El aspecto que presentan las piezas que fallan por fatiga denotan dos partes quecorresponden a los dos últimos períodos antes señalados: A.- Una zona de grano FinoB.- Una zona de grano GruesoTermofluencia Se define la termofluencia como “LA DEFORMACION LENTA” y permanente, a lo largo deltiempo, que sufren los materiales sometidos a un esfuerzo constante, con el efecto combinado dela temperatura. Esta acción se produce en casi todos los materiales empleados en ingeniería massin embargo, en el caso de los metales, solo es importante a temperaturas superiores a pocomenos de la mitad de la temperatura de fusión (0.4T f ).En la Termofluencia se pueden distinguir 3 etapas:1.Termofluencia primaria o transitoria, en donde la deformación sufrida es del tipo elástica2.Termofluencia Secundaria o estacionaria, en donde la deformación continúa a velocidadconstante3.Termofluencia Terciaria en donde la deformación se acelera con velocidad determofluencia hasta la ruptura finalCon el objeto de determinar las características de TERMOFLUENCIA de un material, sepractica un ensayo con una probeta cilíndrica similar a las usadas en el ensayo de tracción que seintroduce a un horno de diseño especial como se muestra en la figura, y se le aplica un esfuerzo; laprobeta sufre un alargamiento (escaso) que depende del esfuerzo aplicado y del módulo deelasticidad del material a esa temperatura.-La gráfica a continuación ilustra una curva típica deTermofluencia que muestra ladeformación producida comouna función del tiempo paraesfuerzo y temperaturaconstante.
  5. 5. Alta temperatura o alto esfuerzoTemperatura o esfuerzos medianosE Baja temperatura o bajo esfuerzo Cavitación: Las picaduras causadas por el colapso de las cavidades producen un enorme desgaste en los diferentes componentes y pueden acortar enormemente la vida de las bombas o hélices Fatiga: Es el resultado de la acción química sobre el metal de la superficie de los dientes por oxidación, mediante una contaminación ácida o alcalina o por contaminación de lubricantes inapropiados o inferiores. Los efectos destructivos del desgaste corrosivo pueden ser acelerados ocasionalmente por humedad excesiva en la caja de engranajes. Se puede presentar del tipo frágil o dúctil, su huella debe ser analizada para encontrar el motivo de la falla. La pieza queda inservible, generalmente es causada por el fenómeno de la fatiga. Erosión: Condiciones de impacto de las partículas abrasivas contra la superficie de los elementos. Agujas y asientos de turbinas. Asientos y llaves de válvulas de descarga. Es la pérdida del mismo de forma superficial, provocada por acciones mecánicas entre las que distinguimos dos causas: * Impactos y Rozamientos: Como consecuencia del uso continuo y habitual, provocan desconchones puntuales y desgastes en zonas accesibles, siendo más vulnerables las esquinas por su mayor nivel de exposición, lo cual exige soluciones que aporten mayor resistencia a las superficies. * Acción Eólica: Es más notable en puntos altos y más expuestos de las fachadas (coronaciones, esquinas ) donde el viento provoca una acción desgastante que erosiona el material. Fluencia o cedencia: Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada que se puede llegar a producir en el ensayo de tracción (algunos materiales no experimentan fluencia). El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, proceso mediante el cual el material se deforma plásticamente Tensión Se introduce en la Resistencia de Materiales, para intentar explicar el comportamiento interno de los cuerpos sometidos a esfuerzos. Fragilización: Reducción de la ductilidad debido a cambios físicos o químicos. La fragilización por hidrógeno ha sido definida como la pérdida de resistencia y ductilidad inducida por el hidrógeno que puede derivar en la iniciación o propagación de fracturas mecánicas. ENSAYO MECÁNICO ESTÁTICO Y DINÁMICO
  6. 6. Se entiende por ensayo, el conjunto de pruebas que permiten el estudio del comportamiento de un material al objeto de determinar: * Sus características frente a una posible utilización. * Los posibles defectos de piezas ya terminadas. * Las causas de un posible fallo. Hay ensayos que tratan de averiguar el comportamiento del material frente a requerimientos de tipo físico, por ejemplo: desgaste por rozamiento, dureza, esfuerzos de tracción, de compresión, etc. Es decir, la capacidad e soportar esfuerzos físicos. Otros ensayos, en cambio intentan conocer la estructura interna del material, a partir de ellos, se obtienen datos relacionados con la resistencia de este frente a los agentes químicos, la dilatación, la densidad; la conductividad eléctrica, térmica, magnética, etc. MECÁNICO ESTÁTICO * ENSAYO DE COMPRESIÓN El esfuerzo de compresión es una presión que tiende a causar una reducción de volumen. Cuando se somete un material a una fuerza de flexión, cizalladora o torsión actúan simultáneamente fuerzas de torsión y compresión. Es la fuerza que actúa sobre un material de construcción, suponiendo que esté compuesto de planos paralelos, lo que hace la fuerza es intentar aproximar estos planos, manteniendo su paralelismo (propio de los materiales pétreos). Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de compresión son contrarios a los aplicados al de tensión, con respecto a la dirección y sentido de la fuerza aplicada. * ENSAYO DE DUREZA En metalurgia determinar la dureza es necesario para conocer su resistencia mecánica. Es un método más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso está muy extendido. Los primeros ensayos para determinar dureza se realizaban cualitativamente con una lima de acero templado que era el material más duro que se empleaba en los talleres. Luego de la aparición de la máquina de Brinell, la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo de penetración. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de dureza. Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes: * Dureza Brinell: emplea como punta una bola de acero templado o carburo de tungsteno. Estima resistencia a tracción.
  7. 7. * Dureza Rockwell: se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). La dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella. * Rockwell superficial: existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial. * Dureza Webster: emplea máquinas manuales en la medición, siendo apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell. * Dureza Vickers: emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor. * Dureza Shore: emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un método elástico, no de penetración como los otros * ENSAYO DE TENCION En los ensayos de tensión comerciales se determinan, generalmente, propiedades tales como la resistencia a la cedencia, la resistencia a la tensión, la ductilidad y el tipo de fractura. Para materiales quebradizos, solamente la resistencia a la tensión. En ensayos de laboratorios, se determinan también las relaciones entre esfuerzo y deformación, el módulo de elasticidad y otras propiedades mecánicas. Ya en la práctica se debe notar que antes de colocar la probeta la máquina debe tener la indicación de carga cero. También debe cerciorarse que el dispositivo de sujeción funcione adecuadamente. La probeta debe colocarse en posición tal que resulte conveniente para hacer las observaciones en las líneas de calibración. Otro factor que se debe notar es la velocidad del ensayo. Éste debe ser a una velocidad tal que no exceda las velocidades de las lecturas de carga y otras que deban ser tomadas, tampoco debe exceder las velocidades establecidas en las normas de la ASTM para metales. Notar que las velocidades establecidas por la ASTM son las máximas, es decir, que es recomendable que las velocidades sean menores que las establecidas por ASTM. Luego de haber realizado la prueba y que la probeta ha fallado, si se desea saber la longitud, se unen los dos pedazos rotos y se juntan, obteniendo así una última medida. El diámetro de la
  8. 8. sección más pequeña se puede calibrar preferiblemente con un separador micrométrico equipado con un huso puntiagudo y un yunque, para determinar la reducción del área. MECÁNICO DINÁMICO * ENSAYO DE CIZALLAMIENTO La fuerza de cortante o esfuerzo cortante es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección transversal de un prisma mecánico como por ejemplo una viga o un pilar. Este tipo de solicitación formado por tensiones paralelas está directamente asociado a la tensión cortante. * ENSAYO DE FLEXIÓN En ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una dimensión es preponderante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñas para trabajar, preponderantemente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas. El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. Cualquier esfuerzo que provoca flexión se denomina momento flector. Las vigas o arcos son elementos estructurales pensados para que trabajar predominantemente en flexión. Geométricamente son prismas mecánicos cuya rigidez depende, entre otras cosas, del momento de inercia de la sección transversal de las vigas. Existen dos hipótesis cinemáticas comunes para representar la flexión de vigas y arcos Ejemplo de onda senoidal. En este caso hay que imaginar que la tensión representada es una tensión con ciclos de tracción (cuando es positiva) y de compresión (cuando es negativa). * ENSAYO DE FATIGA En ingeniería y, en especial, en ciencia de materiales, la fatiga de materiales se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas estáticas. Un ejemplo de ello se tiene en un alambre: flexionándolo repetidamente se rompe con facilidad. La fatiga es una forma de rotura que ocurre en estructuras sometidas a tensiones dinámicas y fluctuantes (puentes, aviones, etc.). Puede ocurrir a una tensión menor que la resistencia a
  9. 9. tracción o el límite elástico para una carga estática. Es muy importante ya que es la primera causa de rotura de los materiales metálicos (aproximadamente el 90%), aunque también ocurre en polímeros y cerámicas. * ENSAYO DE TORSIÓN Fuerzas de torsión. En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas. La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él (ver torsión geométrica). El estudio general de la torsión es complicado y existen diversas aproximaciones más simples para casos de interés práctico (torsión alabeada pura, torsión de Saint-Venant pura, torsión recta o teoría de Coulomb). * ENSAYO DE IMPACTO Los ensayos de impacto se utilizan para la determinación del comportamiento de un material a velocidades de deformación más altas. Los Péndulos clásicos determinan la energía absorbida en el impacto por una probeta estandarizada, midiendo la altura de elevación del martillo del Péndulo tras el impacto. Generalmente se pueden aplicar varios métodos de ensayo: * Charpy (ISO 179-1, ASTM D 6110) * Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508) y 'unnotched cantilever beam impact' (ASTM D 4812) * Ensayo tracción por impacto (ISO 8256 und ASTM D 1822) * Dynstat ensayo flexión por impacto (DIN 53435) Método para determinar el comportamiento del material sometido a una carga de choque en flexión, tracción o torsión. La cantidad que suele medirse es la energía absorbida al romperse la probeta en un solo golpe, como en el ensayo de impacto Charpy, el ensayo de impacto Izod y el ensayo de tensión por impacto. Los ensayos de impacto tambien se realizan sometiendo las probetas a varios golpes de intensidad creciente, como en el ensayo de impacto con caída de bola y el ensayo de impacto con golpe repetido. La resilencia al impacto y la dureza con rebote de proyectil se determinan en ensayos de impacto no destructivos.
  10. 10. * ENSAYO DE PANDEO El objeto del ensayo de pandeo es investigar el comportamiento de elementos largos (esbeltos) sometidos a cargas de compresión axial, es decir, que no fallan por aplastamiento. En la ingeniería mecánica se da el nombre de pandeo a la pérdida de la estabilidad. Bajo el efecto de fuerzas de compresión, al aumentar esta el eje de la barra de pierde su linealidad hasta que cede de forma brusca antes de alcanzar el límite de resistencia a la rotura. Las tensiones existentes en la barra suelen permanecer en el campo elást

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