Ensayos físicos

Análisis y control. Ensayos físicos. Ensayos de materiales. Ensatos destructivos. Dureza. Tracción. Compresión. Torsión. Flexibilidad. Resistencia al choque. Fatiga. Coeficiente de seguridad

  • Enviado por: Poetafumeta
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 6 páginas

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TEMA 2 Ensayos de materiales

Índice

1 Introducción

2 Clasificación

3 Concepto y claves de carga esfuerzos y tracción

4 Ensayos destructivos estáticos

4.1 Ensayos de dureza

4.2 Ensayos de tracción

4.3 Ensayos de compresión

4.4 Otros: Cizallamiento, pandeo, torción, flexión

5 Ensayos destructivos dinámicos

5.1 Ensayos de resistencia al choque

5.2 Ensayos de fatiga

6 Ensayos destructivos tecnológicos

7 Ensayos no destructivos

1 Introducción

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.

    2 Clasificación de los ensayos mecánicos

    Se entiende por ensayos mecánicos, aquellos que pretenden medir la capacidad de un material para soportar esfuerzos de diferente tipo.

    Estáticos: dureza, tracción, compresión, cizallamiento, pandeo,torción,flexión

    Destructivos Dinámicos: de resistencia al choque y fatiga

    Tenológicos: De chispa, de plegado, de embutición, de forja

    Ensayos

    Mecánicos

    No destructivos: Macroscópicos, magnéticos, eléctricos, ultrasónicos, con rayos x , etc.

    Para los ensayos destructivos, suele usarse una probeta construida con el material que se desea ensayar y que servirá para una sola aplicación. Una probeta es una porción del material a ensayar con una forma y unas dimensiones determinadas que se encuentran normalizadas.

    3 Concepto y clases de carga, esfuerzos y tensión

    Carga - Se denomina carga, a cualquier fuerza exterior aplicada sobre un cuerpo o elemento resistente.

    • Carga estática - Es aquella que se aplica gradualmente desde el valor 0 hasta el valor máximo previa existencia de contacto.

    • Carga dinámica- Es aquella que se aplica con determinada velocidad sobre el cuerpo que la debe soportar.

    Esfuerzo - Se denomina esfuerzo a la fuerza interna que se origina en el elemento resistente y que contrarresta o equilibra la carga. Su valor numérico es por tanto igual que el de la carga pero de sentido contrario.

    Tracción

    Simples Compresión

    Cortadura o cizalladura

    Flexión ( tracción + compresión + cortadura)

    Esfuerzos Compuestos

    Pandeo (compresión + flexión)

    Torsión (tracción + combinado)

    Combinados Tracción - Se dice que un cuerpo está sometido a tracción cuando los esfuerzos que aparecen en cualquier sección perpendicular al eje del elemento son normales a esa sección. Están uniformemente opuestos a la carga que intenta alargar al cuerpo.

    Compresión - Pueden definirse como el esfuerzo de tracción negativo, ya que el sentido de la carga que lo provoca es tal que tiende a acortar la pieza.

    Cortadura o cizalladura - Este esfuerzo y la fuerza que la originan están contenido en la misma sección sobre la que actúan, teniendo a cortar la pieza por deslizamiento de secciones contiguas.

    Tensión - La tensión se define como el esfuerzo unitario o esfuerzo por unidad de superficie, numéricamente sería igual que la carga unitaria pero de signo contrario.

    = carga

    superficie

    • Ensayos destructivos estáticos

      • Ensayos de dureza

      • Ensayos de dureza al rayado

      • Ensayos de dureza por penetración estática

      • Ensayos de dureza dinámica

    Para medir la dureza de los materiales se utiliza la escala de Mohs, la escala comprenden entre unos valores del 1 al 10 y el valor de la dureza que se le asigna a un material es la transición entre un número y otro.

    El número 1 corresponde al talco, el 2 al yeso, el 3 a calcita, el 4 a la fluorita, el 5 al apatito, el 6 al feldespato, el 7 al cuarzo, el 8 al topacio el 9 al corindón, y el 10 al diamante. Se puede averiguar entre que números está un material cuando este, es rayado por uno de los materiales que componen esta escala.

    El principal inconveniente que presenta esta escala es que la dureza entre unos números y otros no son iguales, por ejemplo, el intervalo de dureza es mayor entre el 9 y el 10 que entre el 1 y 2, esto dificulta averiguar la dureza con claridad de un material.

    Para los materiales metálicos se utiliza el denominado método de Martens, con un dispositivo que se llama esclerómetro de Martens. Este método se basa en la anchura del surco que provoca una punta de diamante de forma piramidal cuando se desplaza sobre el metal objeto de ensayo siendo la carga de aplicación constante.

    M = 10000 A = La anchura del surco, media en micras

    A2

    Ejemplos: Plomo = 16,8 Cobre = 37 Aceros = 73 - 145

    Ensayos de dureza por penetración estático

    Consiste en averiguar la dureza de un material que es sometido a una presión determinada a partir de la huella que marca un penetrador.

    Existen distintos tipos de métodos de dureza por penetración estática:

    Método de Brinell, Método de Vickers y Método de Rockwell.

    Método de Brinell- Emplea como penetrador de acero extraduro de diámetro conocido.

    Al someter la bola a una carga determinada se roduce en el material una huella en forma de casquete esférico.

    El valor de la dureza Brinell es el cociente entre la carga aplicada en Kg y la superficie de la huella medida en mm2.

    HB = P (kg)

    S (mm2)

    Ensayos de tracción

    Estos ensayos consiste en someter a una probeta con una forma y unas dimensiones determinadas a un esfuerzo de tracción en la dirección de su eje que tiende a alargarla.

    La forma mas habitual de las probetas:

    20ml

    200 ml

    Tensión unitaria - la tensión unitaria es igual a la carga de partida (p) por la superficie (S0)

    = P

    S0

    Incremento unitario de longitud

    A = Al = l - l 0

    L0 l

    Modulo de elasticidad o módulo de Young

    E = = P / S0

    A Al / l0

    GRÁFICA DE UN ENSAYO DE TRACCIÓN

    El diagrama del ensayo de tracción permite estudiar el alargamiento de la probeta en función de la fuerza o la carga actuante. La forma del diagrama depende del material a ensayar. Este diagrama corresponde a un material dúctil y maleable.

    Limite de proporcionalidad - La recta O - P corresponde al periodo de alargamientos proporcionales a las cargas. El punto P es el límite de proporcionalidad.

    La zona O - E es la zona elástica, al cesar la carga, la probeta recobra su forma primitiva, cualquier carga superior produce deformaciones permanentes, el punto E es el límite de elasticidad.

    El límite de elasticidad es de difícil determinación práctica por ello se ha adoptado el convenio de que el límite de elasticidad práctico es la tensión unitaria que produce una deformación permanente de 0,003 %.

    El tramo P - B es ligeramente curvo, el punto b corresponde al límite fluencia, es muy acusado en algunos materiales como los aceros, si el punto no estuviera bien detestado se tomará como tal la carga unitaria que produjera una deformación o alargamiento longitudinal del 0,2%.

    Carga unitaria de rotura se define como la carga máxima aplicada durante el ensayo. El punto R expresa el valor de máxima tensión admisible por la probeta, a partir de ahí si prosigue el ensayo se producirá en el centro de la misma una contracción o extricción muy acentuada hasta llegar a la rotura de la probeta, bajo un esfuerzo muy inferior al máximo alcanzado.

    El alargamiento total es la longitud que alcanza la probeta antes de romperse menos la longitud inicial.

    Coeficiente de seguridad

    Cuando se trata de hacer trabajar una pieza útil la tensión de trabajo de dicha pieza siempre debe ser notablemente inferior a la tensión de fluencia conocida en el ensayo.

    La relación existe entre la tensión de fluencia del material y la tensión admisible de trabajo se llama coeficiente de seguridad. El valor de este coeficiente puede oxilar entre 3 y 15 dependiendo de la responsabilidad de la pieza.