ensayo destructivo

5/12/2018 ensayo destructivo - slidepdf.com

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Tecsup – PFR Tecnología de Materiales II

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Unidad IIEENNSS A A Y Y OOSS DDEESSTTR R UUCCTTII V V OOSS

1. ENSAYOS DE DUREZA

1.1 CONCEPTOS

A. Resistencia a la abrasión1. Frotamiento o rodadura.

B. Resistencia al rayado.1. Más utilizado en mineralogía

2. Escala MOHS: MENOS DURO = TALCO; MÁS DURO = DIAMANTEC. Resistencia al REBOTE.

1. Escleroscopio SHORE2. Martinete con diamante en la punta.

D. Resistencia a la penetración.1. Material indentado o penetrado por otro.2. Posibilita estimar la resistencia a la tracción.

1.2 ENSAYOS DE DUREZA POR PENETRACIÓN

PENETRADOR FUERZA (P) HUELLA ÍNDICE DE DUREZA f(P, f ó d)TIEMPO (t) Diámetro huella

Profundidad huella

Penetrador

Fuerza

Tiempo

Huella:

Diámetroprofundidad

Índice de dureza



Tecnología de Materiales II Tecsup - PFR

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1.3 MÉTODO BRINELL

Consiste en comprimir sobre la superficie del material a ensayar una bolilla de

acero muy duro durante un cierto tiempo (t) produciendo una impresión conforma a casquete esférico.

Resulta de dividir la carga aplicada por la superficie dada del casquete.

Constante de ensayo: la resistencia de penetración varia con la solicitación y el

penetrador => la dureza estará en función de la carga de ensayo y el diámetrode la bolilla.

P / D² = cte.

Figura 2.2

Figura 2.1




13

Respecto a las cargas, tienen que ser proporcionales al cuadrado del diámetro,para que las huellas obtenidas sean semejantes, y los resultados, comparables.

Es decir que P = K x D2

El coeficiente K empleado depende de la clase de material, siendo mayor paralos materiales duro y menor para los materiales blandos.

Para esto, los coeficientes elegidos han sido:

Hierro y aceros..........................................K = 30Cobre, bronces y latones........................... K = 10 Aleaciones ligeras......................................K = 5Estaño y plomo..........................................K = 2,5

También se emplean aunque menos los coeficientes 1,25 y 0,5 para materialesmuy blandos.

CUADRO Nº1DIÁMETRO DE LAS BOLAS Y PRESIONES EMPLEADAS EN EL ENSAYO

BRINELLCONSTANTES DE ENSAYO K

ESPESOR DE LA Diam. de labola mm

30 10 5 2,5 1,25

CARGAS EN Kg

30D2

10D2

5D2

2,5D2

1,25D2

Superior a 6 mm 10 3000 1000 500 250 125De 6 a 3 mm 5 750 250 125 62,5 31,2

Menor de 3 mm 2,5 187,5 62,5 31,2 15,6 7,81,25 46,9 15,6 7,81 3,91 1,99

0,625 11,7 3,91 1,953 0,977 0,488

MATERIAL TIEMPO

HIERRO Y ACERO 10 a 30 seg

COBRE, BRONCES Y LATONES 30 seg ALEACIONES LIGERAS 60 a 120 segESTAÑO Y PLOMO 120 segMATERIALES MUY BLANDOS 120 seg

Como orientación damos la dureza Brinell de algunos materiales:

Acero de herramientas templado ............500 Acero duro (0,8% de Carbono)...............210 Acero dulce (0,1% de Carbono)..............110




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Bronce .................................................100Latón .................................................... 50 Aluminio ......................................... 25 a 30

Figura 2.3

CUADRO Nº2FACTORES PARA EL CÁLCULO DE LA RESISTENCIA ALA TRACCIÓN PARTIENDO DE LA DUREZA BRINELL

Acero al Carbono 0,36 Acero aleado 0,34Cobre y latón 0,40Bronce 0,23

Medición dela huella




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1.4 MÉTODO ROCKWELL

Se calcula la dureza en base a la profundidad de penetración y la carga total no

se aplica en forma continua. Hay una carga inicial y otra adicional (varia segúnlas condiciones de ensayo).

El valor se obtiene en directa del dial del indicador. La dureza esta dada por elincremento de penetración debido a la acción de la carga adicional y una vezsuprimida ésta.

Se basa también en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados,en función de la profundidad de la huella.

La máquina Rockwell aparece en 1924.

Los penetradores pueden ser billas o diamantes aplicados con diferentes cargassegún el material y su espesor.

En total existen 21 escalas para 21 combinaciones de penetradores y cargasque se dan según el cuadro 3.




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CUADRO Nº 3ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL (ESGUN AFRAIZ)

Escala delcomparador

EscalaDesig.

Tipo deprueba

Tipo ytamaño delpenetrador

Cargamenor

Kg.

Cargamayor

kg Color Colocac.

Aplicaciones

A Normal Cono dediamante

10 60 negro fuera Aceros nitrurados, flejes estiradosen frío, hojas de afeitar. Carburosmetálicos (90 a 98)

B “ Bola de1/16” “

100 rojo dentro Aceros al Carbono recocidos debajo contenido de Carbono.

C “ Cono dediamante

“ 150 negro fuera Aceros duros. Dureza superior a100 HRb o 20 HRc

D “ Cono dediamante

“ 100 negro fuera Aceros cementados

E “ Bola de1/8” “

100 rojo dentro Materiales blandos, comoantifricción y piezas fundidas.

F “ Bola de1/16” “

60 “ dentro Bronce recocido

G “ Bola de1/16” “

150 “ dentro Bronce fosforoso y otros metales.

H “ Bola de1/8” “

60 “ dentro Metales blandos, con pocahomogeneidad, fundición dehierro.

K “ Bola de1/8” “

150 “ dentro Metales duros, con pocahomogeneidad, fundición dehierro.

L “ Bola de1/4” “

60 “ dentro “

M “ Bola de1/4” “

100 “ dentro “

P “ Bola de1/4” “

150 “ dentro “

R “ Bola de1/2” “

60 “ dentro Metales muy blandos

S “ Bola de1/2” “

100 “ dentro “

V “ Bola de1/2” “

150 “ dentro “

15-N Superf. Cono dediamante

3 15 “ dentro Aceros nitrurados, cementados yde herramientas de gran dureza.

30-N “ Cono de

diamante

“ 30 “ dentro

“45-N “ Cono dediamante

“ 45 “ dentro “

15-T “ Bola de1/16” “

15 “ dentro Bronce, latón y acero blando.

30-T “ Bola de1/16” “

30 “ dentro “

45-T “ Bola de1/16” “

45 “ dentro “




17

Figura 2.4

Escala Roja

Escala Negra

DurómetroUniversal




18

Existen 2 clases de máquinas:

Para materiales gruesos........ escalas A, B, C, D, E, F, G, H, K, L, M, P, R, S y V.

Para materiales finos............ escalas 15-N, 30-N, 45-N, 15T, 30-T, 45-T.

Ambas maquinas llevan una escala con números negros para las medicionescon punta de diamante, y otra escala con números rojos para las medicionesrealizadas con bolas.

Las cargas se aplican en dos tiempos. En la máquina normal primero se aplicauna carga de 10 Kg. Poniendo a continuación el indicador que mide lapenetración a cero. Después se completa la carga hasta llegar a la total delensayo. Si por ejemplo esta carga es 100 Kg., se deberá poner 90 Kg. más. Sequita después la carga adicional, o sea, los 90 Kg. del ejemplo, y la profundidad

a que queda el cuerpo penetrante es la que se toma para calcular la dureza.El número de dureza se determina deduciendo de 100, si se ensaya condiamante, y 130, si se ensaya con bola, las unidades de penetraciónpermanente medidas en 0,2 mm.

No es necesario hacer ningún cálculo puesto que se lee directamente en laesfera del aparato.

0 ,

2

0

100

10 50

10 10

1

2

3

78

9

0 ,

2

0

100

6

7

8 (e)

Superficie de la pieza a ensayar

Pto. de partida de la medicion

9 (HRc)

Figura 2.5




19

1.5 ESQUEMA DE LOS ENSAYOS ROCWELL A Y C

Nº ROCKWELL A ROCKWELL C

1 Ángulo de la punta del diamante =120º Ángulo de la punta del diamante =120º2 Radio de redondeo de la punta del

cono = 0,2 mmRadio de redondeo de la punta delcono = 0,2 mm

3 Po Carga previa = 10 Kg. Carga previa = 10 Kg.4 P1 Carga adicional = 50 Kg. Carga adicional = 140 Kg.5 P Carga total = 60 Kg. (P = Po +

P1)Carga total = 150 Kg. (P = Po +P1)

6 Penetración de la carga previa (punto de partida de la medición)

Penetración de la carga previa ( puntode partida de la medición)

7 Penetración total actuando la cargaadicional

Penetración total actuando la cargaadicional

8 e Penetración permanente después dequitar la carga adicional Penetración permanente después dequitar la carga adicional9 HR Dureza rockwell A = 100 - e (HRa) Dureza rockwell C= 100 - e (HRc)

Figura 2.6

Figura 2.7 DurómetroUniversal

En esta nueva tecnología paraensayo de dureza es importantedestacar la facilidad en larealización de un análisisestadístico y para los casos deBrinell y Vickers la máquinaejecuta la fórmula haciendorápida la toma de datos.




20

1.6 MÉTODO VICKERS

Se deriva directamente del método Brinell, fue introducido en 1925 y se emplea

mucho sobre todo para piezas delgadas y templadas, con espesores mínimoshasta de 0,2 mm.

Si P es la carga aplicada, y S la superficie de la huella, la dureza Vickers será:

HV = P / S

Obteniéndose finalmente:

HV = 1,854 P/d2

Es semejante a la de Brinell o sea su valor depende de la carga aplicada y de lasuperficie de la impronta o huella. Las cargas varían de 1 a 120 kgf y elpenetrador es una punta de diamante con forma piramidal.

Figura 2.8

Las más comunes son 30 y 50 kgf (Hv30 y HV50)




21

APLICACIONES DE DIVERSOS PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO DEDUREZA

Cobre

Acero para tornos

Hierro Fundido GG 30

Acero Bonificado C45

Latón

Aluminio

Dureza Brinell HB

Figura 2.8 Ensayo de Dureza Brinell

Aplicación para la determinación demateriales blandos y semiduros, talescomo metales ligeros, metales pesados noférreos, fundición y acero recocido ybonificado

Acero de Cementación (sin tratar)

Acero rá ido

Acero cementación

Acero de Herramientas(después de templar)

Acero de Herramientas sin tratar

Dureza Rockwell C HRC

Figura 2.9 Ensayo de DurezaRockwell

Aplicación al ensayo de materiales duroscomo el acero templado




22

2. ENSAYO DE TRACCIÓN

Este ensayo nos permite determinar la curva esfuerzo - deformación de cada materialdonde podremos determinar sus características plásticas, elásticas y de tensión quepueda soportar el material.

El ensayo de tracción se realiza sobre una barra confeccionada con el material que sedesea ensayar. Con el objeto que en cada ensayo se obtengan resultadoscomparables, las dimensiones de las probetas han sido normalizadas.

La relación entre la longitud de medición y el diámetro es de:

L/D = 5:1 ; yL/D = 10:1

Figura 2.11

En el caso de probetas rectangulares, para que exista la misma relación entre lalongitud de medida y la superficie de la sección transversal, las probetas deben serproporcionales.

La curva del ejemplo, nos muestra nos muestra el comportamiento de un acero demedio carbono que es cargado lentamente en tracción.

Cerámica de Corte

Acero de Nitruración

Dureza Vickers HV

Metal Duro

Figura 2.10 Ensayo de Dureza Vickers

Aplicación al ensayo de materialessemiduros y duros como superficiestempladas, materiales de estructurauniforme




23

Al empezar el ensayo, las cargas aumentan proporcionalmente con el alargamiento,hasta el pto. P, el cual es llamado limite de proporcionalidad.

Desde aquí, al aumentar la carga, elalargamiento se hace más rápidamentehasta el pto. E llamado límite elástico,donde el acero recobra su longitudprimitiva si se suprime la carga. Pasadoeste punto el material exhibedeformación plástica cuya naturalezainicial varia con los materiales. El pasodel intervalo plástico al elástico puedeser discontinuo (como en el acero deconstrucción) o continuo (como en el Fe

fdo., acero aleado y metales noférricos). En el límite de alargamiento ode fluencia (s) el material fluye, es decirse alarga sin elevación de carga hastaque la estructura se haya consolidado.

Si se aumenta la carga por encima deeste límite de fluencia, se produce unalargamiento que progresa rápidamentehasta el límite de tracción (B). Estelímite nos da el max. valor de tensión

hasta el cual se puede cargar almaterial y se denomina Resistencia a la tracción del material.

El límite elástico y la resistencia a la tracción constituyen los fundamentos de lamayoría de los cálculos de resistencia.

Después de sobrepasar el límite de tracción (B), la tensión referida a la sección rectaprimitiva disminuye. En el sitio por donde rompe la barra se produce unestrechamiento con lo que su sección transversal disminuye fuertemente. La barra sesigue alargando sin aumento de carga hasta que finalmente rompe en el pto. Zllamado limite de rotura.

El pto. Z proyectado sobre el eje de las abscisas del diagrama nos da el alargamientode rotura ( ) en % de la long. primitiva de medición (Lo).

Figura 2.12




24

Para los materiales que no poseen un limite dealargamiento (s) claramente definido (como enel acero duro, el cobre, el cinc) es decir, su

curva mantiene una marcha continua sininflexión alguna, se considera como el limite0,2 como el limite de alargamiento. Este es elpto. para el que se produce un alargamientopermanente del 0,2 % respecto a su long.inicial Lo. Se determina mediante una paralelaal trazo recto de la curva en su parte inicial.

En las probetas se hacen dos marcas entre lascuales se mide la long. que se denominacalibrada.

Para que los resultados de los ensayos seancomparables, las probetas deben sergeométricamente semejantes, solo así, bajo lasmismas cargas se obtendrán deformacionesproporcionales.

Es decir si L es la long. de la parte calibrada y S la sección constante, se deberácumplir:

L = K S

La probeta normal DIN tiene un diámetro de 20 mm, una sección de 314 mm2 y unalongitud entre ptos. de 200 mm. O sea L = 10d

El coef. K sera igual a:

K = 200 = 10,3314

Los ensayos de tracción, compresión y flexión se realizan con una maquina universal Amsler o similar, cuyo embolo movido hidráulicamente produce tracciones,compresiones y flexiones aplicando cargas deseadas a la probeta colocada y sujeta enla maquina por medio de mordazas adecuadas.

Figura 2.13




25

2.1 ENSAYOS DE TRACCIÓN EN EL CAMPO ELÁSTICO

Cuando una barra se somete a un esfuerzo de tracción, sufre un alargamiento

cuya relación de proporcionalidad queda definido por el modulo de Young omodulo de elasticidad.

E = P / S = l / l

Ej. Una probeta de sección de 150 mm2 y de long. entre puntos de 100 mm, essometida a un esfuerzo de tracción lento y progresivo que le produce unadeformación elástica de 0,1 mm cuando el esfuerzo de tracción total es de3.000 Kg. El modulo elástico será:

E = 3.000: 150 = 20.0000,1 : 100

El modulo de Young es aprox. 20.000 para todos los aceros, cualquiera que seasu composición y estructura, no siendo las variaciones superiores a 10%. y sesiguen incrementando las tensiones a la probeta, llega un momento en que enque los alargamientos dejan de ser proporcionales a la carga aplicada. Hay unpunto en el que pareciera que hay desconección molecular y con incrementosde carga más pequeños se producen alargamientos mayores.

2.2 LÍMITE DE ELASTICIDAD

En la practica es muy difícil determinar este limite, así es que se acepta comolimite elástico el valor de carga que rebasa ligeramente la elasticidadproduciendo una deformación perfectamente medible. En general se emplea ellimite elástico 0,2, que se expresa como E0,2 , y es la tensión que produce unadeformación permanente el 0,2 % de la long. inicial. El limite elástico tiene unagran importancia en los proyectos mecánicos, no solo para el calculo e muelles,que son los elementos elásticos por excelencia, sino para el calculo de todaclase de elementos, aparatos maquinas y estructuras, pues se ha de tener encuenta que las piezas se dimensionan bajo el limite de elasticidad, ya que nointeresa que adquieran deformaciones permanentes.

2.3 ENSAYOS DE TRACCIÓN EN EL CAMPO PLÁSTICO

A partir del punto f s, que es límite superior de fluencia, los alargamientosaumentan sin necesidad de aumentar la carga hasta un pto. f i denominadolimite inferior de fluencia. A partir de este pto. vuelve a ser necesario aumentarla carga durante un periodo que se conoce por el nombre de periodo defortalecimiento, hasta alcanzar un valor max. de tensión R, que se denominatensión de rotura, aunque la rotura no se produzca en este punto sino despuésde un periodo durante el cual la probeta se estira rápidamente, reduciéndose




26

sensiblemente su sección hasta que se produce la rotura bajo un esfuerzomenor que la tensión antes citada.

2.4 ALARGAMIENTO

El ensayo de tracción para la determinación del alargamiento se realizaaumentando aprox. la tensión en 1 Kg/mm2 por segundo, de manera que seproduzcan alargamientos máximos de 0,3 % por minuto en el periodo elástico.En el periodo plástico, la velocidad de aumento de carga no será superior a laque produzca una deformación por minuto igual al 25 % de la distancia entrepuntos. Si no interesa hallar el limite de elasticidad, puede mantenerse estamisma velocidad durante todo el ensayo.

Una vez rota la probeta, se unen las dos partes y se mide la distancia entremarcas. El alargamiento es:

A = L1 - L0 x 100L0

Siendo L0 la longitud inicial o distancia entre marcas de la probeta y L1, sulongitud final

El alargamiento será tanto menor cuanto mas cerca se halle de los extremos, espor esto que la formula anterior solo es aplicable cuando la rotura se produzcaen el tercio central e la probeta.

Pueden sin embargo utilizarse todos los ensayos de alargamiento aunque serompan fuera del tercio central según:

A = l’ + l’’ + l’’’ - L0 x 100L0

Donde:

l’ = A la distancia de la sección de rotura a la ultima marca mas cercanal’’= A la distancia de la sección de rotura a la marca numero 10, hacia el

extremo opuesto de la marca anterior.

l’’’= A la long. d un numero de marcas igual a las que halla e la 10 al finalde la probeta pero medidas en sentido contrario.




27

21 3 4 5 6 7 8 9 101 023 1 2 3 4

l'''

l''l'

l = l' + l'' + l''' - Lo

Figura 2.14

2.5 ESTRICCIÓN

Es la disminución de la sección en la fractura de una probeta rota poralargamiento. Se expresa en % de sección inicial o sea:

= S0 - S1 x 100S0

Siendo S0 la sección inicial y S1 la sección de rotura.

Cuando los materiales son poco dúctiles o cuando sus estructuras están bajotensión, la rotura se produce bruscamente después de la deformación elásticasin deformación aparente de la sección.

Si el material es dúctil, la probeta disminuye sensiblemente en las proximidadesde la sección de rotura.

La fórmula de estricción pueda quedar definida también por:

= S0 - S1 x 100 = D02 - D1

2 x 100S0 D0

2

Siendo D0 el diámetro inicial y D1 el diámetro de la sección rota.

2.6 RESISTENCIA A LA ROTURA

La resistencia a la rotura no es una propiedad sino el resultado de un ensayoque da la tensión o carga necesaria por unidad de sección para producir larotura del metal ensayado.

Se valora en Kg/cm2 o en Kg/mm2

La rotura de un material puede producirse por tracción, compresión, torsión ocizallamiento, habrá una resistencia a la rotura por tracción, compresión,




28

torsión y cizallamiento. Si denominamos R a la resistencia a la rotura delmaterial tenemos que:

R = E + PDonde E es el limite elástico del material y P la carga que es precisosuplementar en la zona plástica a E para producir la rotura del materia.

A veces conviene que los metales tengan una zona plástica de reserva, cuyacarga P pueda absorber sobrecargas accidentales que deformaran al metal perono llegaran a romperlo sino rebasan la carga P.

Los parachoques de los automóviles son, en general, de acero y los pequeñosgolpes los encajan sin deformarse permanentemente, porque no rebasan su

límite elástico. Pero si un automóvil choca violentamente contra un árbol, elparachoques se deforma, pero en general, no se rompe, porque absorbe en suzona plástica la sobrecarga accidental.

Figura 2.15

3. ENSAYO DE IMPACTO

Este ensayo consiste en romper de un solo golpe con la ayuda de una maquinaespecial cuyo martillo se mueve en trayectoria pendular, una probeta de dimensionesdeterminadas con una entalladura para facilitar la rotura.




29

A la energía consumida en la rotura de la probeta se le denomina resiliencia y sedesigna con las letras o K, y se calcula de la siguiente forma:

Siendo S = la sección de la probeta.l = Long. del pénduloP = Peso del martillo

Figura 2.16

En elementos sometidos a efectos exteriores instantáneos o variaciones bruscas de lascargas, las que pueden aparecer circunstancialmente, su falla se producegeneralmente, al no aceptar deformaciones plásticas o por fragilidad, aun en aquellosmetales considerados como dúctiles. En estos casos es conveniente analizar elcomportamiento del material en experiencias de choque o impacto.

Resumiendo diremos que el objeto del ensayo de choque es el de comprobar si unamaquina o estructura fallará por fragilidad bajo las condiciones que le impone suempleo, muy especialmente cuando las piezas experimentan concentración detensiones, por cambios bruscos de sección, maquinados incorrectos, fileteados,etcétera, o bien verificar el correcto tratamiento térmico del material ensayado.

3.1 MÉTODO DE ENSAYO

Los ensayos dinámicos de choque se realizan generalmente en máquinasdenominadas péndulos o martillo pendulares, en las que se verifica elcomportamiento de los materiales al ser golpeados por una masa conocida a laque se deja caer desde una altura determinada, realizándose la experiencia enla mayoría de los casos, de dos maneras distintas el método Izod y el método

= T/ST = P x (h - h) = P x l (cos -

cos )

40

55

R 2

16

30°

3

2

5




30

Charpy. En ambos casos la rotura se produce por flexionamiento de la probeta,por lo que se los denomina flexión por choque.

3.2 FLEXIÓN POR CHOQUE SOBRE BARRAS SIMPLEMENTE APOYADAS(MÉTODO CHARPY)

Con la finalidad de que el material esté actuando en las más severascondiciones, el método Charpy utiliza probetas ensayadas (estado triaxial detensiones) y velocidades de deformación de 4,5 a 7m/s, entorno recomendadopor las normas el de 5 a 5,5m/s.

Las probetas se colocan, como muestra la figura siguiente, simplementeapoyadas sobre la mesa de máquina y en forma tal que la entalladura se

encuentra del lado opuesto al que va a recibir el impacto. En la misma figura sepuede observar la correcta posición del material como así también la forma ydimensiones de los apoyos y de la pena del martillo pendular.

Figura 2.17

Figura 2.18 Probeta CHARPY lista para ensayar

Las I.R.A.M aconsejan realizar el ensayo de choque por el método Charpy, conel empleo de probetas entalladas aprobadas por I.S.O. (Internacional StandardOrganización, ex I.S.A).

Figura 2.19




31

La resiliencia al choque resulta, según este método, el trabajo gastado porunidad de sección transversal para romper al material de un solo golpe:

Resistencia =K = Ao/S (Kgf/cm² o Joule/cm²)

3.3 FLEXIÓN POR CHOQUE DE BARRAS EMPOTRADAS (MÉTODO IZOD)

Figura 2.20

Figura 2.21 Probeta IZOD lista para ensayar

En el método Izod la probeta se coloca en voladizo y en posición vertical,siendo asegurada por la mesa de apoyo de modo tal que la entalladura quedeen el plano de las mordazas; en estas condiciones el extremo del martillogolpea al material a 22mm de las mismas, como indica la figura anterior,pudiendo realizarse más de un ensayo sobre la misma probeta, también puedeconstruirse de sección circular, que presenta la ventaja de que permitedeterminar la energía de rotura sobre caras o generatrices opuestas y adiferentes profundidades de la muestra.

3.4 MÁQUINA DE ENSAYO - PÉNDULO SATEC

El péndulo Baldwin de la casa SATEC Systems (USApermite realizar ensayos de flexión por choque segúnlos métodos de Charpy e Izod y tracción por choque,con dos posiciones del martillo para alcances de325,4 Joule (33,81 Kgfm) o bien 135,6 Joule (13,825Kgfm), según los métodos.

La apreciación de la lectura de energía absorbida porla probeta resulta de 2 Joule/div. y de 1Kgfm/div,según el sistema de medida.

Figura 2.22




32

El martillo se sujeta en la posición de ensayo, según la energía requerida,mediante una palanca que al destrabarse lo deja en libertar al impacto. Lamisma palanca permite accionar un sistema de freno a cinta para detener al

golpeador una vez alcanzada la rotura.

La energía de ensayo será la necesaria para producir la fractura del material enun solo golpe y quedará indicada, en el cuadrante del péndulo, por una agujaarrastrada por otra fija solidaria al eje del golpeador.

4. ENSAYO DE CHOQUE DE LAS PROBETAS EN ESTUDIO

En cada uno de los ensayos se obtendrá el valor de energía directamente de lamáquina en Kgm (A), Para el método Charpy calcularemos la resilencia (K) que es el

trabajo por unidad de sección transversal.

Ensayos en probetas SAE 1015

Método Charpy

Probeta 1 entalla en V => A = 7,15 KgmK = A/S => k = 7,15 Kgm/0,8 cm² = 8,94 Kgm/cm²

Probeta 2 entalla ojo de cerradura => A = 8,2 KgmK = 8,2 Kgm/0,5 cm² = 16,4 Kgm/cm²

Método IZOD

Probeta 3 => A = 16 KgmProbeta 4 => En ensayo fracasó

Ensayos en probetas SAE 1045Método Charpa

Probeta 1 entalla en V => A = 2 KgmK = 2 Kgm/0,8 cm² = 2,5 Kgm/cm²

Probeta 2 ojo de cerradura => A = 3,4 KgmK = 3,4 Kgm/0,5 cm² = 6,8 Kgm/cm²

Método IZOD

Probeta 3 => A = 2 KgmProbeta 4 => A = 2 kgm




33

5. FATIGA

En el estudio de los materiales en servicio, como componentes de órganos de

máquinas o estructuras, debe tenerse en cuenta que las solicitaciones predominantes aque generalmente están sometidos no resultan estáticas ni cuasi estáticas, muy por locontrario en la mayoría de los casos se encuentran afectados a cambios de tensiones,ya sean de tracción, compresión, flexión o torsión, que se repiten sistemáticamente yque producen la rotura del material para valores de la misma considerablementemenores que las calculadas en ensayos estáticos. Este tipo de rotura quenecesariamente se produce en el tiempo, se denomina de fatiga aunque es comúnidentificarla como:

roturas por tensiones repetidas, tensiones que pueden actuar individualmente o combinadas.

5.1 CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYOS DE FATIGA

En general los ensayos de fatiga se clasifican por el espectro de carga- tiempo,pudiendo presentarse como:

Ensayos de fatiga de amplitud constante Ensayos de fatiga de amplitud variable

5.1.1 ENSAYOS DE FATIGA DE AMPLITUD CONSTANTE

Los ensayos de amplitud constante evalúan el comportamiento a lafatiga mediante ciclos predeterminados de carga o deformación,generalmente senoidales o triangulares, de amplitud y frecuenciaconstantes. Son de ampliación en ensayos de bajo como de altonúmero de ciclos, ponderan la capacidad de supervivencia o vida a la fatiga por el número de ciclos hasta la rotura (inicio y propagación dela falla) y la resistencia a la fatiga por la amplitud de la tensión paraun número de ciclos de rotura predeterminado. Es usual denominarcomo resistencia a la fatiga a la máxima tensión bajo la cual elmaterial no rompe o aquella que corresponde a un númeropreestablecido de ciclos según los metales o aleaciones.

A este respecto la norma ASTM E define como limite de fatiga a latensión que corresponde a un número muy elevado de ciclos.

5.1.2 ENSAYO DE FATIGA DE AMPLITUD VARIABLE

En fatiga, cuando la amplitud del ciclo es variable, se evalúa el efectodel daño acumulado debido a la variación de la amplitud del esfuerzoen el tiempo. Son ensayos de alto número de ciclos con control de




34

carga, que según el espectro de carga elegido serán más o menosrepresentativos de las condiciones de servicio.

5.2 FATIGA DE ALTO NÚMERO DE CICLOS

Los espectros carga - tiempo de los ensayos de amplitud constante surgen desemejar el ciclo de carga a funciones continuas simples, normalmentesenoidales. En general cualquiera que resulte el ciclo del esfuerzo aplicadopodrá considerárselo como resultante de uno constante o estático, igual al valormedio de la carga ( m), y de otro variable de amplitud constante ( a)senoidal puro.

Figura 2.23

Los parámetros que definen o identifican al ciclo, resultan:

Tensión media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Amplitud de tensión o alternancia . . . . .Relación de amplitud o de tensiones. . . .

Según el dibujo anterior se denominan:

a y b) Alternados: Se generan cuando las tensiones cambian de signoalternativamente. El caso más común y simple, es aquel en que la tensiónmáxima positiva es igual a la mínima, obteniéndose un ciclo denominadoalternado simétrico, figura a.

a b

c d




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Cuando las tensiones se presentan de distinto signo y valor, figura b, el cicloserá alternado asimétrico.

c) Intermitentes: Los esfuerzos tienen siempre el mismo sentido y su ciclova desde cero a un valor determinado, que puede ser positivo o negativo, paraciclos positivos se tiene; figura c.

d) Pulsatorios: Tienen lugar cuando la tensión varía de un máximo a unmínimo, distinto de cero, den tro del mismo signo; figura d.

A los efectos de diferenciar los ciclos adoptaremos como positivas a lastensiones de tracción y negativas a las de compresión, fijándose para torsión unsentido arbitrario ya sea positivo o negativo.

Cualquiera que resulte el ciclo adoptado la frecuencia deberá permanecerconstante y sin entrar a analizar la influencia de las propiedades mecánicas,podemos subdividir los ensayos en función de su valor en:

Baja frecuencia f < 5 HzMedia frecuencia 5 < f < 30 Hz Alta frecuencia 30 < f < 150 HzMuy alta frecuencia f > 150 Hz

Siendo los más utilizados los rangos de media y alta frecuencia, con el fin dedisminuir los tiempos de ensayo.

5.3 ORIGEN DE LA ROTURA POR FATIGA EN LOS METALES

Aunque no se ha encontrado una repuesta total al fenómeno de rotura porfatiga, que podríamos llamar “prematura”, cuando se somete a un metal atensiones cíclicas o vibratorias, y son varias las teorías que tienden a ello, sepuede aceptar que la fractura por fatiga se debe a deformaciones plásticas dela estructura, en forma análoga (iguales planos y direcciones cristalográficas),que en los casos vistos para deformaciones monodireccionales producidas por

cargas estáticas, a diferencia que bajo tensiones repetidas en algunos cristalesse generan deformaciones residuales.

Estas bandas de deslizamiento, que aparecen aún bajo pequeñas cargas, seacrecientan con los ciclos, de manera que al llegar a la saturación de los granosafectados, la distorsión de la red provocará el inicio de la fisura.

Con más precisión podemos decir que las deformaciones de fatiga seengendran preferentemente en granos próximos a la superficie del metal,separados tan solo por algunos espacios atómicos, produciendo los efectosconocidos como extrusión e intrusión. En general y por el efecto de la intrusión




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la tracción acelera la propagación de la grieta, en cambio la compresión laretarda.

El inicio de la rotura por fatiga puede producirse, además que por los hechosexplicados, por deficiencias en el material debidas a defectos estructurales(inclusiones, sopladuras, etc.) por discontinuidades de las superficies queprovocan el efecto de forma (orificios, roscas, chaveteros, cambios de sección,maquinados incorrectos, etc.) y por el tratamiento o estado de las superficies(el endurecimiento mejora la resistencia en cambio la corrosión la disminuyeconsiderablemente).

5.4 MÁQUINA UNIVERSAL MTS SERVOHIDRAULICA

En nuestra investigación utilizaremos la máquina universal MTS, que es deaccionamiento hidráulico servocontrolado o sistema realimentado, que lepermite realizar no solo los ensayos estáticos standard sino también losdinámicos de fatiga, de duración (creep) y cubrir los nuevos estudios sobrefractomecánica y relajación de tensiones.

Un sistema como el descrito está básicamente constituido por una bomba, laservoválvula y el actuador (pistón) del circuito hidráulico, la unidad de medicióny la de corrección de error, formando en conjunto un ciclo cerrado deoperaciones.

En nuestro caso el ciclo se cierra a través de la probeta de ensayo.

Figura 2.24

ensayo destructivo

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