ENSAYOS FISICOS Y MECANICOS

TIPOS DE ENSAYOS FISICOS Y MECANICOS

ENSAYOS FISICOS
Están clasificados en:

TERMICOS: 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.

MAGNETICOS: Consisten en medir variaciones de alguna propiedad magnética debida a perturbaciones estructurales.

ELECTRICOS: Consisten en medir variaciones de alguna propiedad eléctrica debida a perturbaciones estructurales.

ENSAYOS MECANICOS
Están clasificados en:

ENSAYO DE TRACCION
Mediante una máquina de ensayos se deforma una muestra o probeta del material a estudiar, aplicando la fuerza uniaxialmente en el sentido del eje de la muestra. A medida que se va deformando la muestra, se va registrando la fuerza (carga), llegando generalmente hasta la fractura de la pieza. Así pues, el resultado inmediato es una curva de carga frente a alargamiento, que transformados en tensión y deformación, en función de la geometría de la probeta ensayada, aportan una información más general.
El ensayo de tracción tiene por objetivo definir la resistencia elástica, resistencia última y plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas uniaxiales.

Se requiere una máquina, prensa hidráulica por lo general, capaz de:
* Alcanzar la fuerza suficiente para producir la fractura de la probeta.
* Controlar la velocidad de aumento de fuerzas.
* Registrar las fuerzas, que se aplican y los alargamientos, que se observan en la probeta.

Técnica Operatoria: La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada, las máquinas están conectadas a un ordenador que registra el desplazamiento y la carga leída. Si representamos la carga frente al desplazamiento obtendremos una curva.
La probeta a ensayar se sujeta por sus extremos al cabezal móvil de la máquina de ensayos y a la célula de carga, respectivamente. Las mordazas se sujeción deben mantener firme a la muestra durante el ensayo, mientras se aplica la carga, impidiendo el deslizamiento. A su vez, no deben influir en el ensayo introduciendo tensiones que causen la rotura en los puntos de sujeción. Para que el ensayo se considere válido la rotura debe ocurrir dentro de la longitud calibrada, en la parte central de la probeta.
A partir de las dimensiones iniciales de la probeta, se transforman la fuerza en tensión y el alargamiento en deformación, que nos permite caracterizar las propiedades mecánicas que se derivan de este ensayo.
De tal forma que la curva típica sería tensión vs. Deformación.

La interpretación de la curva nos da como resultado la distinción de:
Zona elástica: La región a bajas deformaciones.
Zona plástica: Se pasa de deformación elástica a plástica, es el Límite de Elasticidad, σ del material.

Dimensiones de la probeta:
Pueden ser:
* Cuadrada o Rectangular: Con un área de 314 mm2.
* Redonda: Con un diámetro de 20 mm.
* La longitud útil es de 100 a 200 mm

ENSAYO DE FLEXION
El esfuerzo de flexión puro o simple se obtiene cuando se aplican sobre un cuerpo pares de fuerza perpendiculares a su eje longitudinal, de modo que provoquen el giro de las secciones transversales con respecto a los inmediatos. Generalmente la carga es aplicada como vigas simplemente apoyadas, concentrada en un punto medio (flexión práctica u ordinaria).
En estas condiciones además de producirse el momento de flexión requerido, se superpone al un esfuerzo cortante, cuya influencia en el calculo de la resistencia del material varia con la distancia entre apoyos, debido a que mientras los momentos flectores aumentan o disminuyen con esta, los esfuerzos cortantes se mantienen constantes.
El ensayo de flexión en metales se realiza en aquellos frágiles y muy especialmente en las fundiciones en las que, si bien no resulta el que define mejor sus propiedades mecánicas, se justifica teniendo en cuenta que las mismas se encuentran sometidas, en muchos de sus usos.

Dimensiones de la probeta: (según norma DIN 50110)
Di = 13 mm
L = 300 mm
Luz entre apoyos = 260 mm
Diámetro de los rodillos de carga y apoyo = 25,4 mm (1”)

ENSAYO DE COMPRESION
El ensayo de compresión es una presión que tiende a causar en algunos casos una reducción de volumen, siempre manteniendo una masa constante. Es la fuerza que actúa sobre un material, suponiendo que esté compuesto de planos paralelos, lo que hace la fuerza es intentar aproximar estos planos, manteniendo su paralelismo. Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de compresión son contrarios a los aplicados al de tracción, con respecto al sentido de la fuerza aplicada.

Técnica operatoria:
Debe tenerse mucho cuidado para lograr el centrado y alineación de la probeta y la de los bloques de apoyo en la máquina de ensayos. Se debe hacer coincidir los ejes de la probeta y de los bloques de apoyo con un eje que pase por los centros del puente y de la placa de base de las máquinas dentro de 0.01 pl. Mientras se está bajando el puente de la máquina para establecer contacto con el bloque de apoyo esférico, es deseable hacer girar lentamente a mano la parte superior del bloque en un plano horizontal para facilitar el asentamiento del bloque.
Al ensayar los metales, los extremos de la probeta y las caras de los bloques de apoyo deben limpiarse con acetona o cualquier otro solvente adecuado inmediatamente antes del ensaye para quitar la grasa y el aceite que pudieran influir en la restricción friccional de las superficies extremales.

Dimensiones de la probeta:
Para el esfuerzo uniforme para la probeta de compresión, una sección circular es preferible a otras formas. Sin embargo, la sección cuadrada o rectangular también suele utilizarse.
Las probetas cortas son para usarse con metales antifricción, las de longitud mediana para uso general y las largas para ensayos que determine él modulo de elasticidad. Las probetas para ensayos de compresión de láminas metálica deben cargarse en una plantía que provee apoyo lateral con el pandeo sin interferir con las deformaciones axiales de la probeta.
Las precisiones recomendadas para mediciones transversales seccionales en metales, son hasta el 0.001 pl.


ENSAYO DE CORTE
Comportamiento de los materiales bajo el esfuerzo cortante.
Un esfuerzo de corte es aquel que actúa paralelamente a un plano, para distinguirlo de los esfuerzos tensivos y compresivos que actúan normalmente a un plano. Las cargas que producen las condiciones de corte de interés principal en el ensaye de materiales son las siguientes:

* Las resultantes de fuerzas paralelas, pero opuestas, actúan a través de los centroides de secciones espaciadas a distancias “infinitesimales” entre sí. Es concebible en tales casos que los esfuerzos de corte sobre las secciones sean uniformes y exista un estado de corte directo puro.
* Las fuerzas opuestas aplicadas son paralelas, actúan normalmente a un eje longitudinal del cuerpo, pero están espaciadas a distancias finitas entre sí. Entonces, además de los esfuerzos cortantes producidos, se establecen esfuerzos flexionantes. En el caso de una viga rectangular sometida a cargas transversales, los esfuerzos cortantes sobre cualquier sección transversal varían en intensidad desde cero en las superficies superiores e inferiores de la viga hasta un máximo en el eje neutro.
* Las fuerzas aplicadas son paralelas u opuestas, pero no yacen en un plano que contenga el eje longitudinal del cuerpo; aquí se establece un par que produce una torsión alrededor de un eje longitudinal. Esta acción torcente de una sección de un cuerpo con respecto a una sección contigua es denominada torsión.

Técnica operatoria:
Para el ensayo de corte directo de metales, usualmente se corta una barra en algún dispositivo que apriete una porción de la probeta mientras que la restante es sometida a carga por medio de dados adecuados. En la herramienta cortante de tipo Johnson, se usa una barra de sección rectangular aproximadamente d 1 por 2 pl. o una varilla cilíndrica de aproximadamente 1 pl. de diámetro. Los dados y la herramienta de carga se hacen de acero templado para herramientas afiladas. Para placas metálicas se usa un dispositivo de punzón redondo ocasionalmente. En algunos ensayos de acero se usa una probeta ranurada. Los ensayos de corte directo ordinariamente se hacen en máquinas de ensaye de compresión o tensión.

Dimensiones de la probeta:
Diámetro = 15mm.

ENSAYO DE TORSION
Los efectos de la aplicación de una carga de torsión a una barra son: producir un desplazamiento angular de la sección de un extremo respecto al otro y originar tensiones cortantes en cualquier sección de la barra perpendicular a su eje.
La 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.

El estudio general de la torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación la sección transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenómenos:
* Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal. Si estas se representan por un campo vectorial sus líneas de flujo "circulan" alrededor de la sección.
* Cuando las tensiones anteriores no están distribuidas adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetría circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.
El alabeo de la sección complica el cálculo de tensiones y deformaciones, y hace que el momento torsor pueda descomponerse en una parte asociada a torsión alabeada y una parte asociada a la llamada torsión de Saint-Venant. En función de la forma de la sección y la forma del alabeo, pueden usarse diversas aproximaciones más simples que el caso general.

ENSAYO DE RESILIENCIA
Resiliencia es una magnitud que cuantifica la cantidad de energía, que absorbe un material al romperse bajo la acción de un impacto, por unidad de superficie de rotura.
La cuantificación de la resiliencia de un material se determina mediante ensayo por el método Izod o el péndulo de Charpy, resultando un valor indicativo de la fragilidad o la resistencia a los choques del material ensayado. Un elevado grado de resiliencia es característico de los aceros austeníticos. En aceros al carbono, los aceros suaves (con menor contenido porcentual de carbono), tienen una mayor resiliencia que los aceros duros.
En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en julios por metro cuadrado (J/m²). Otra unidad muy empleada en ingeniería para la resiliencia es el kilogramo-fuerza metro por centímetro cuadrado (kgf·m/cm²), o kilopondio metro por centímetro cuadrado (kp·m/cm²).

Técnica operatoria:
El péndulo de Charpy es un dispositivo utilizado en ensayo para determinar la tenacidad de un material. Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en 3 puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el área debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia.

ENSAYO DE FATIGA
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 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%),
La fatiga se clasifica por el espectrómetro de carga – tiempo, pudiendo presentarse como:
Ensayo de amplitud constante: Evalúan el comportamiento a la fatiga mediante ciclos predominados de carga o de formación, genera senoidales o triangulares, de amplitud y frecuencia constante.
Ensayo de amplitud variable: Cuando la amplitud del ciclo variable, se evalúa el efecto del daño acumulado debido a la variación de la amplitud del esfuerzo en el tiempo.

ENSAYO AL IMPACTO
Método para determinar el comportamiento del material sometido a una carga de choque, 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 de Charpy.
Los ensayos de impacto también se realizan sometiendo las probetas a varios golpes de intensidad crecientes, como en el ensayo de impacto con caída de bola y en el ensayo de impacto con golpe repetido.

ENSAYO DE FLUENCIA
Método para determinar el comportamiento de la relación la fluencia o esfuerzo. Para determinar el comportamiento de la relajación de la fluencia o esfuerzo, el material se somete a una tensión constante prolongada a una carga de compresión a temperatura constante.
La deformación se registra en intervalos de tiempo especificados y se traza un diagrama de fluencia y tiempo.

PRUEBA DE DUREZA
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.
El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso está muy extendido.
Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a tracción.

* 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.
* 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. Es mejor que el ensayo Brinell, para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor.