MATERIALES : Ensayo y medida de atributos

Question 1

Tipos básicos de ensayos y sus vertientes.

Answer 1

Ensayos basados en:

• Rigurosidad (científica-tecnológica)
• Naturaleza (mecánica-física-química)
• Utilidad de la pieza usada (Destructivo-N.d.)
• Velocidad de app. de fuerzas (Estático-Dinámico)

Question 2

Parámetros de los ensayos de tracción y sus fórmulas.

Answer 2

1.Tensión = F/S_0
2.Deformación = (L-L_0)/L_0)
3.6 Zonas [OEEUOPPEERRU]:
Elástica, Plástica, Proporcional (E = Young), No.p, Deformación plástoca uniforme ó localizada.

Question 3

Forma y dimensiones de las probetas

Answer 3

Cilíndrica = {entre Lo + 0,5d y Lo + 2d }
Cuadrada = {entre Lo + 1,5 ¬So y Lo + 2,5¬So }

Question 4

[Ensayo de tracción] Resultados:

Answer 4

1. LÍMITES:
   - Deformación permanente
   - Pérdida de proporcionalidad
2. ROTURAS:
   - Resistencia a la *
   - Alargamiento de *
   - Estricción de *
3. ESPECIALES:
   - Módulo de Young
   - Resistencia a la tracción
   - Trabajo de deformación

Question 5

[Ensayo de tracción] Resultados: (Sólo iniciales)

Answer 5

1. LÍMITES:
   - 6r
   - 6p
2. ROTURAS:
   - 6u
   - A
   - Z
3. ESPECIALES:
   - E
   - 6r
   - n/d

Question 6

2º. ¿Tracción Verdadera?

Answer 6

Representada en fórmula como la Fuerza dividida entre la superficie instantánea. Apenas se utiliza al no poder medir infinitésimos.

Question 7

2º. ¿Deformación Verdadera?

Answer 7

Su existencia denomina a la deformación general como deformación aparente.
Trata de aplicar la fórmula de dicho parámetro únicamente considerando la variación constante de la Longitud de probeta.

Question 8

¿Hasta qué punto se involucra la “tensión máxima de trabajo”?

Answer 8

La normativa de cada país toma en cuenta este factor estableciendo unos mínimos en coeficiente de seguridad (dar margen)porque existen factores impredecibles e incontrolables que afectan a la estabilidad de la estructura, como los medioambientales.
Se toma una de dos decisiones:
a.Mayorar las fuerzas a las que la pieza puede someterse.
b. Minorar la resistencia del material.

Question 9

Descripción de las máquinas de tracción

Answer 9

Estas máquinas disponen de dos mecanismos: el productor de carga y el medidor de carga, registrando cada momento. Existen dos requisitos:

1. La aplicación de fuerzas tendrá lugar en la dirección del eje de la probeta.
2. Ha de poder regularse la velocidad de aplicación de la carga. Además, la descarga debe realizarse de forma progresiva.

Estas máquinas pueden incorporar sistemas mecánicos, aunque lo usual trata de neumática. Actualmente, se usan sistemas electrónicos.

Question 10

Fundamentos de los ensayos de dureza

Answer 10

Resistencia de un material a ser rayado o penetrado por otro. Esta dependerá de la elasticidad y su estructura cristalina, así como la densidad atómica de un elemento.
La dureza es importante al determinar dos cosas: su resistencia a la abrasión o desgaste y su facilidad de sometimiento o mecanización.

Question 11

Procedimientos de ensayo de dureza (rayado)

Answer 11

1- Escala de Mohs es el más rudimentario e impreciso. Usa 10 materiales de referencia, del talco al diamante.
INCONVENIENTE: No apto para medir en metales.
2- Dureza de Martens mide la dureza de un material rayándolo con un cono de diamante aplicando una fuerza constante X. Si la anchura del raya producida es pequeña, la dureza es elevada.

Question 12

Ensayo de dureza por penetración Brinell (HB)

Answer 12

Una esfera de gran dureza de acero (1x>1,25kp).
HB = F/S (kp/mm2)
El sistema consta del análisis de:
1.El casquete esférico penetrado (S)
2.El triángulo rectángulo
3. 2Fórmulas + Definitiva dureza Brinell HB

IMPORTANTE : 0,25D < d < 0,5D . Si no, los valores serían falsos.
Comparar durezas es posible cuando F=K · D2
INCONVENIENTES:
1.No se realiza sobre superficies esféricas, cilíndricas o curvadas.
2.Los errores de medición son muy grandes cuando la deformación es pequeña
3.Sol es aplicable a materiales de dureza inferior al penetrador.

Question 13

Ensayo de dureza por penetración Vickers (HV)

Answer 13

Vickers utiliza una pirámide cuadrada truncada (136º), cuyo valor coincide con “2Omega” de Brinell; d/D = 0,375 (0.25>x>0.5) Para compatibilidad. A partir del valor 300, la bola Brinell se inutiliza al deformarse y la dureza Vickers siempre supera la Brinell.
HV = F/S (kp/mm2).
***La superficie piramidal del orificio (4 caras) calcula la dureza [h_altura y a_base]
HV = 1,8544 · F/d2
PARA no deformar la pirámide, s < 8d/7 [s_espesor] + seguridad, s<1’2d
VENTAJAS:
1. No hará falta sustituir el penetrador al variar la carga aplicada
2. Se puede usar en superficies CURVAS
3. La dureza registrada es independiente del valor de la carga
4. Es apta en materiales muy duros

Question 14

Ensayo de dureza por penetración Rockwell

Answer 14

Muy diferente. Es rápido y menos preciso porque en lugar de medir el área del hoyo registra su profundidad. FÓRMULAS; e = h_3 - h_1 , HRB = 100 - e , HRC = 130 - e. Dos opciones:
-Material blando (60-150 HV): uso de bola de acero (d=1,59mm). Obtiene la HRB.
-Material muy duro (235-1075HV): uso de cono de diamante 120º en amplitud y acabado en casquete esférico de 0’2mm de radio. Obtención de HRC.
PROCEDIMIENTO:
1. Precarga de 10kp para originar la huella “h_2”
2.Carga productora (90kp en HRB, 140kp en HRC) obteniendo “h_2”
3.Tras varios segundos, progresivamente disminuye la carga al nivel de la precarga, generando “h_3”.

Rockwell funciona porque h_2 provoca deformaciones plásticas irreversibles, diferenciando h_1 de h_3 en profundidad.

Question 15

Nociones generales: Ensayos de resistencia al impacto

Answer 15

Se mide la tenacidad de un material por dos medios : TRACCIÓN / FLEXIÓN por choque.

Generalmente el más dúctil o alargable es el más tenaz. Esto se debe a que el frágil apenas experimenta deformaciones plásticas; es decir, llegar a la rotura de manera casi inmediata.

Question 16

Ensayo de Tracción por choque.

Answer 16

Es un ensayo caro y poco frecuente, aunque requiere de un simple ensayo de tracción en el que la carga sea aplicada a altas velocidades. La Tracción por choque mide así:

1. Trabajo X para romper el material por Tracción: Esto es el área comprendida entre la curva de esfuerzos y el eje de abscisas (ver gráficos).
2. La tenacidad del material, disponible al dividir este dato por el volumen de la probeta.

Question 17

Ensayo de Flexión por choque

Answer 17

Denominado también “Ensayo de resiliencia” o “Ensayo Charpy”, calcula su resiliencia [KCU/KCV], que es la variación entre la energía potencial inicial y final de la bola entre la sección de la probeta por su parte entallada:
W = P · h = P · L · (variación de COS)
KCV = W / S_0 = [P·L·(var. COS)] / S_0

Este es el procedimiento:
1. Usa una probeta 10x10x55mm y haz una entalla en la parte central (profundidad de 2mm, hoyo cilíndrico de radio 0,25mm).
2. Golpea la probeta en el lado opuesto al de la entalla con un péndulo alzado (dispone una energía potencial de 300J y se planea un impacto a 5m/s de velocidad)
OBSERVACIONES: El valor registrado es descontado cuando la probeta no se fractura completamente.
***Algunos materiales son dúctiles en la tracción por choque, pero frágiles en flexión.
**En metales la resiliencia disminuye enormemente con su enfriamiento.

Question 18

Nociones básicas: Ensayos de fatiga

Answer 18

Se producen al someter un material a cargas cíclicas próximas al punto crítico de rotura. La tensión media y la amplitud del ciclo son los factores más relevantes. Tipos:

1. Fatiga en elementos sin defectos: Un sistema presenta dos etapas: Nucleación de fisuras y Crecimiento de fisuras hasta llegar a la fractura.
2. Fatiga en elementos con defectos: Ninguna unión de pierzas garantiza el 100% de su adhesión. Las diminutas pero presentes fisuras y su VELOCIDAD de crecimiento definen la duración del elemento. Por eso, realizamos análisis no destructivos periódicos (ultrasonidos,radiografías…)

Question 19

Nociones avanzadas: Ensayos de Fatiga (Flexión rotativa y diagrama de Wohler)

Answer 19

Flexión rotativa es el ensayo de fatiga habitual: tomas una probeta con dos cargas a sus extremos. Debe mantenerse girando/rotando mientras está en flexión. Esto produce con los ciclos indicados la rotura. Pasa de compresión a tensión.

El diagrama de Wohler: Mayor amplitud de carga implica un menor número de ciclos para fracturar.
No se produce fatiga por debajo de un valor (solo para aceros y aleaciones de titanio).

Question 20

Curva o diagrama de Goodman Smith

Answer 20

Diagrama de Goodman Smith: Representado en función de la tensión media, muestra la T máx y mín que fractura un elemento en N ciclos. Indica: Un mayor valor absoluto de la tensión media se traduce a soportar una menor apertura de ciclos.

a. Cuando la Tensión media iguala la Tensión de resistencia, el material se romperá a la menor amplitud de ciclo.
b. Si la Tensión media es nula, la amplitud de ciclo será máxima. Si su valor se acerca a la T_resistencia, la amplitud se reducirá.
c. La curva es brusca bajo un bajo número de ciclos. Si estos son numerosos, la curva de Goodman se parecerá más a una recta, como sucede en una Tensión media nula.

Question 21

Ensayos tecnológicos: En barras

Answer 21

1. Flexión y plegado : Una barra es sometida a la flexión, concentrada la carga en la parte central. Finaliza al alcanzar el ángulo buscado o al aparecer las primeras fisuras en su fase de tracción. La temperatura es variable.
2. Recalcado : Barra de longitud 2d es sometida a ensayos estáticos y dinámicos (compresión y choque). Termina al reducir la longitud a 1/3 o al producirse fisuras.
3. Maleabilidad : Se realiza con dos objetivos :
   a. Martillear la probeta al rojo hasta que su anchura crezca un 50% (1’5x)
   b. Martillear hasta la aparición de fisuras y determinar así el incremento relativo de su anchura (b’-b)/b.
   - Requisitos: Probeta 40cm de longitud cuya anchura es el triple del espesor. Realizado a altas temperaturas habitualmente.
4. Mandrilado : Realizado a altas temperaturas, toma un punzón introducido en el hoyo cilíndrico de una probeta hasta que el diámetro doble al inicial o el material sufra roturas. Consigue el grado de ensanchamiento (d’-d)/d.
   - Requisitos: Probeta plana con una anchura 5 veces mayor al espesor, con una perforación cilíndrica en la pieza.

Question 22

Ensayos tecnológicos: En Chapas

Answer 22

1. E. Flexión alternativa : La chapa {anchura_10-30mm} estará sujeta entre dos mordazas, doblada de un lado a otro en 90º hasta la primera fisura o rotura.
2. E. Embutición : La aptitud frente al proceso de embutición es medida sujetando la chapa por todos sus lados y estampar una superficie esférica (bola/cilindro).

Question 23

Ensayos tecnológicos: En Tubos

Answer 23

1. Ensanchamiento/Abocardado: Se toma un tubo y se introduce a golpes/presión un cono engrasado. El ensanchamiento es (d’-d)/d.
2. Aplastamiento: Se situa el tubo de 50cm de longitud con una pieza rectangular en su interior. Es comprimido por dos placas paralelas. El objetivo es :
   a. Lograr que el tubo aplastado contacte con la pieza interna sin fisuras previas.
   b. Aplastar la pieza interior y seguir hasta descubrir las primeras fisuras.
3. Estanqueidad: Se sumerge el tubo en un fluido líquido con una presión {1,25-1,5x} veces superior a la que soportará el tubo en servicio. No debería presentar defectos de estanqueidad ni siquiera golpeando en diferentes puntos.
4. Recanteado/Abocardado plano: Se toma el extremo del tubo a altas temperaturas y se dobla hasta una posición perpendicular al eje (90º). Termina al alcanzar el anillo el diámetro previsto y no aparecen fisuras en la deformación.

Question 24

Ensayos tecnológicos: En Alambres

Answer 24

1. Flexión alternativa: Un alambre sujeto por dos mordazas es doblado 90º a cada sentido alternaivamente; termina el ensayo al lograr el nº de ciclos deseado o producir su rotura.
2. Retorcido: Se hace uso de un alambre de una relación longitud.diámetro X y una máquina con dos cabezas (una produce torsión y otra acercamiento). Se registra el número de vueltas en 360º que soporta antes de su destrucción.
   Además, la tensión producida es el 1% de la fuerza necesaria para su rotura.

Question 25

Ensayos no destructivos (control de defectos)

Answer 25

Su objetivo es cumplir las exigencias de calidad de la pieza terminada. Se revisa en busca de imperfecciones para ser corregidos. Estas revisiones no pueden deteriorar el producto, es decir, es no-destructivo:

• E. Macroscópicos: Uso de líquidos penetrantes detectores de poros, fracturas o grietas superficiales.
• E. Ópticos: Uso del microscopio Metalográfico; aporta info. sobre dichas fisuras.
• E. Magnéticos: Usados para detectar defectos de continuidad, así como roturas superficiales.
• E. eléctricos: Se registra la variación de la resiliencia eléctrica ocasionada por grietas e imperfecciones.
• E. ultrasonidos: Detección y medición de la profundidad a la que el error se encuentra.
• E. rayos X y Y: Usados respectivamente para 10 y 25cm de espesor en materiales, ofrecen radiografías y gamma-grafías ubicando los posibles fallos.