TIPOS DE ENSAYOS

TECNOLÓGICOS

ANTONIO Á. OÑATE CANO

2º BACHILLER TECNOLÓGICO TECNOLOGÍA INDUSTRIAL PROF: ANTONIO BUENO

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ENSAYOS: La elección del material más adecuado exige el conocimiento previo de sus propiedades técnicas: características físicas y químicas aptitud para su conformación por deformación, grado de homogeneidad, resistencia mecánica, maquinabilidad, etc. Toda esta información nos la suministran los ensayos de los materiales, realizados sobre probetas normalizadas, productos semiacabados, elementos de estructuras o de máquinas y otros elementos de unión (tornillos, resortes, etc.). Según el fin se distinguen Ensayos técnicos: Destinados a controlar la producción, de forma que se satisfagan ciertas normas perfectamente definidas. Se efectúan durante el proceso de fabricación en los laboratorios. Deben ser rápidos y simples, exactos, fieles y sensibles. Ensayos científicos: se les exige una gran precisión, fidelidad y sensibilidad, pero no importa la rapidez. Su objeto es:

1. Conocer las propiedades de un material o estudiar la influencia sobre la composición química, procesos de fabricación y las transformaciones de sus estructuras.

2. Poner a punto nuevos métodos de ensayo o perfeccionar los existentes. 3. Ensayar las piezas que han fallado tratando de hallar sus causas y forma de

evitarlas. 4. buscar cifras de resistencia que sirvan de base

Todos estos objetivos se consiguen mediante el uso de ensayos de tipo destructivos y no destructivo, basados en :

• Químicos: Su finalidad es conocer la composición química del materia y su resistencia a los agentes químicos .La resistencia a los agentes químicos es objeto de los ensayos de corrosión.

• Metalográficos: nos determinan con la ayuda de los microscopios la estructura del material y, los tratamientos térmicos y mecánicos que ha sufrido.

• Físicos y físico-químicos: destinados a conocer las propiedades físicas o, determinar las heterogeneidades y demás defectos internos. A este grupo pertenecen los ensayos destructivos y no destructivos.

• Mecánicos: son destructivos y tienen por misión: 1. conocer las características elásticas y de resistencia de los

materiales. A este grupo pertenecen los siguientes: • Ensayos estáticos. • Ensayos con tensiones múltiples. • Ensayos de dureza. • Ensayos dinámicos. • Ensayos de duración. • Ensayos tecnológicos.

2. Determinar las tensiones que se desarrollan en piezas terminadas o en prototipos reducidos, cuando se someten a esfuerzos análogos.

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ENSAYOS DE COMPRESIÓN, CIZALLADURA, FLEXIÓN, PANDEO Y TORSIÓN: Ensayo de compresión: estudia el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo de compresión creciente, ejercido con una máquina apropiada, hasta conseguir la rotura o aplastamiento, según el material. Se efectúa sobre probetas cilíndricas en los metales y cúbicas en los no metales. Es un ensayo poco frecuente , se someten a este esfuerzo los materiales que trabajan sólo a este esfuerzo, como fundiciones, hormigón.

1. Resistencia y deformaciones en la compresión: Se tiene así.: Tensión unitaria: σ = -P/S0 Contracción total: ∆l = l-l0 < 0

Contracción unitaria: ε = ∆l/l0 < 0 Variación de la sección: ∆S= S – S0 > 0 Variación de la sección en %: q= S-S0 / S0 x 100 = ( S/S0 – 1)x 100

2. Diagrama de comprensión. Características mecánicas que se determinan en este ensayo:

El diagrama esfuerzo-deformación , correspondiente a los ensayos de tracción y compresión en el acero extrasuave, es el de la figura, la parte en el tercer cuadrante es la correspondiente a la compresión. La recta OA´ , a semejanza de la OA del diagrama de tracción, nos pone que los aplastamientos unitarios son proporcionales a las tensiones y el límite de proporcionalidad es la tensión, σp, por encima de la cual los aplastamientos dejan de ser proporcionales a las tensiones. En A´ una ligera curvatura , y en B´un cambio brusco en el aplastamiento sin tensión. El punto B´ define el límite de fluencia al aplastamiento, que es la tensión, σF, por encima de la cual los aplastamientos se hacen permanentes. A partir de B´ comienza el aumento de sección pero no de manera uniforme, sino que se desarrolla más intensamente hacia la parte central, adoptando forma de tonel. Por esto en los materiales plásticos no existe una verdadera carga de rotura por compresión, ya que se aplastan sin romperse. Los materiales frágiles se rompen sin deformación previa.

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Ensayo de cizallamiento: Se trata de determinar el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo cortante, progresivamente hasta conseguir la rotura por deslizamiento a lo largo de la sección de cizallamiento. Se someten los materiales destinados a fabricar chavetas, tornillos, etc. que trabajan a esfuerzo cortante. Diagrama esfuerzo-deformación: Muy similar a los de tracción y compresión. La parte OA corresponde a las deformaciones Proporcionales; el punto B se inician las deformaciones permanentes, sirve para definir el límite de fluencia al cizallamiento, como la tensión tangencial, σf, por encima de la cual las deformaciones se hacen permanentes. En C se produce la rotura obteniéndose la tensión tangencial de rotura de cizallamiento, σr. σ=σmáx / S0 σmáx= esfuerzo total de rotura S0 = sección inicial Ensayo de punzonado: Similar al de cizallamiento, la diferencia estriba en que el corte se produce a lo largo de una superficie cilíndrica. Se coloca, muy bien Sujeta sobre la matriz troncocónica B, una probeta plánica, sobre la que actúa un punzón C que recibe el esfuerzo P de punzonado. σ = P/S0 siendo S0=πdh P= carga para producir el arranque S0= sección de corte d= diámetro del punzón h= espesor de la probeta

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Ensayo de flexión: Complementario del de tracción, para aplicarlo en casos en que, por la fragilidad del material, las pruebas de tracción no dan resultados convincentes. No es un ensayo general para los materiales sino, para las estructuras fabricadas con éstos. Se efectúa sobre probetas de sección circular o rectangular, apoyadas por sus extremos, en dos soportes de rodillos cuya distancia puede variarse. En el punto medio la carga P creciente, y se mide allí la deformación o flecha. Resistencia a la flexión: La probeta sometida a una carga P, se deforma y Adquiere una configuración, tal y cómo se indica en la figura. En consecuencia las fibras inferiores de la probeta se estiran ( sometidas aun esfuerzo detracción), mientras que las superiores se contraen ( sometidas a un esfuerzo de compresión). Entre ambas, hay una capa de fibras que no experimentan variación y se denomina fibra neutra. Las tensiones inferiores en una sección determinada CC´ que se oponen, se reduce a un par, que equilibra al momento de las fuerzas exteriores, que obran a la derecha o a la izquierda de la sección considerada ( momento flector). Viene dada por la fórmula:

σ =Mv/lx

M=momento flector M=Px/2 lx= momento de inercia con relación al eje que coincide con la capa de fibras. Sus valores son: sección circular: lx= π d2/64 sección rectangular: lx=BH3/12 Las tensiones adquieren el valor máximo en las fibras más alejadas de la fibra neutra y en la sección donde el momento flector es máximo. Ensayo de pandeo: Al someter a un esfuerzo de compresión una probeta en la que la relación L

S sea

muy inferior a la unidad o, que su longitud sea relativamente grande con respecto a la sección, su comportamiento es distinto al del ensayo de compresión. En vez de producirse aplastamiento se produce una flexión lateral o pandeo. Se realiza sobre piezas terminadas, con objeto de medir las deformaciones producidas por las cargas de prueba, por ejemplo en bielas, columnas, etc. Resistencia al pandeo: La carga capaz de producir pandeo en una probeta depende:

• Del modo de sujetarla. • Del momento de inercia de su sección. • De su longitud. • Del modulo de elasticidad del material

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Ensayo de torsión: Intervienen en él pares. Se efectúa sobre probetas de sección circular o tubular, que se sujetan por sus extremos mediante mordazas, cuya distancia puede variarse. Una de las mordazas permanece fija mientras que la otra, móvil, se hace actuar un momento de torsión Mt creciente, pudiéndose medir el ángulo de torsión. Resistencia a la torsión: La probeta se deforma y adquiere configuración de equilibrio. Una sección S2 gira un cierto ángulo ∆α con relación a otra S1 y cualquier fibra comprendida entre ambas cambia de posición. Este deslizamiento origina tensiones tangenciales en las diversas secciones. Existe una fibra que no sufre deslizamiento y por ello se denomina eje neutro. Las tensiones tangenciales se reducen a un par, que equilibra al momento de torsor Mt. El valor de la tensión viene dada por la fórmula: σ = Mtρ/l0. Las deformaciones se miden por el ángulo unitario de torsión, entendiéndose por tal el ángulo θ que gira una sección con respecto a otra situada a la unidad de distancia, esto es θ= ∆α/ ∆x.

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Ensayos de dureza: La dureza es una propiedad de la materia en estado sólido. Está determinada por la estructura cristalina. Se entiende por dureza de un material la resistencia superficial a la deformación. Según el método se distingue: • Resistencia que oponen los materiales a ser rayados por otros más duros, (

dureza mineralógica). • Resistencia que oponen los materiales a dejarse penetrar por otros más duros

( Durezas Brinell, Vickers, Rockwell, hertziana, etc.) • Reacción elástica del material al chocar sobre él un cuerpo duro ( durezas

Poldi, Shore ) • Resistencia que encuentra, a la oscilación, un péndulo que roza sobre el

materia considerado ( dureza pendular). Los ensayos de dureza presentan la ventaja de ser sencillos, rápidos y, en general, no destructivos. A partir de la cifra de dureza podemos obtener información sobre sus características Dureza al rallado: primer procedimiento para determinar la dureza se debe a Friedrich Mohs. Lo empleó en los minerales, pero su uso no se extendió a los metales Escala de dureza de Mohs: consta de 10 minerales de forma que cada uno de ellos es rallado por el que le sigue, 1-talco, 2-yeso, 3-calcita, 4-fluorita, 5-apatito, 6-feldespato, 7-cuarzo, 8-topacio, 9-corindón, 10-diamante. Método de Martens: el aparato construido por Martens consta de un diamante con una punta piramidal cuyo ángulo en el vértice es de 90º y sobre el cual, mediante un brazo de palanca, puede actuar una carga determinada. La probeta, sujeta en un soporte adecuado, se desplaza debajo del diamante, el cual produce un surco cuya anchura se mide con un micrómetro. Ensayo de dureza con la lima: Está íntimamente relacionado con la resistencia al rayado o a la abrasión. Consiste en someter al material a la acción cortante de una lima de tamaño, dureza y formas determinadas y observar el efecto cortante que produce. El ensayo es rápido y se emplea en los talleres como método de rutina, para comprobar el estado de las superficies. Si a un material no le entra una lima corriente, puede afirmarse que su dureza es superior a 60 HRC ( Rockwell C). Ensayos de dureza por penetración estática: Se utilizan diversos métodos, cuya diferencia estriba en la forma del penetrador, en la carga que se aplica y en la forma de expresar la cifra de dureza. Actualmente están en uso los métodos de Brinell, Rockwell, Vickers.

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Método Brinell: Data de 1900. La impresión se produce mediante una bola de acero extraduro. Con una carga P se presiona la esferita, de diámetro D, sobre la superficie metálica cuya dureza se pretende medir, dejará una huella con forma de casquete esférico de diámetro d, y superficie S. La resistencia a la penetración de la bola, viene dada por la fórmula de Rash y Föppl: P= adn , donde a= coeficiente que depende del material y del diámetro de la bola empleada y n= coeficiente de acritud del metal durante el ensayo ; depende de su naturaleza y estado. El número de dureza Brinell es: H= P/S (Kp mm-2 ); y como S= πDf =

= πD(422

22 dDD−− )=

21 πD (D- 22 dD − ); H= 2P/πD ( D2-d2)

Relación entre las cargas y los diámetros de las bolas: Brinell recomendó bolas de 10mm y cargas de3000kp para hierros y aceros, 1000kp para las aleaciones de Cu y Al, y 500kp para metales y aleaciones blandos. Estas cargas se obtienen resultados correctos en materiales de gran espesor, pero no ocurre lo mismo con materiales de espesores inferiores a 6mm. Actualmente se emplean cargas y bolas de diámetros inferiores, teniendo en cuenta que, las huellas tienen que ser geométricamente semejantes, lo cual se cumple siempre que las cargas aplicadas sean proporcionales a los cuadrados de los diámetros de las bolas.

H= )( 12

1

1

cos12

θ−ΠDP = )( 2

22

2

cos12

θ−ΠDP

A esta relación se denomina constante de ensayo; sus valores dependen del material que se ha de ensayar, y se han elegido de forma que entre los diámetros de las bolas y de la huella se verifique la relación D/4<d<D/2. El ensayo Brinell permite calcular aproximadamente la carga de rotura. Se ha comprobado que existe una relación de proporcionalidad directa entre el número de dureza Brinell y la carga de rotura: σR=mh n± Las constantes m y n dependen del material.

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Método Vickers: Data de 1925. Su razón estriba en que el método Brinell, cuando se trata de durezas superiores a 400kp mm-2 no arroja resultados convincentes. En este ensayo se sustituye la bolita de acero por una pirámide cuadrangular de diamante. Con ello se consigue una mejor penetración a la vez que, la posibilidad de medir materiales más duros, pudiéndose llegar hasta 1000kp mm-2. La pirámide se construye de manera que sus caras opuestas formen un ángulo de 136º puesto que este ángulo es bastante obtuso. Gracias a la forma piramidal la medida resulta muy cómoda de hacer y de un modo más preciso que con la bola. El tiempo de actuación es de 15 a 30 segundos. El número de dureza Vickers se define por la relación: HV=P/S (kp mm-2 ). S= 4 área (AOB) = 4.1/2.AB.OE = 2.AB.O’E/SEN 68º = AB2/sen 68º = =l2/2 sen68º = l2/1,8544. Luego: HV= 1,8544 P/l2 (kp mm-2). Los valores obtenidos por este método coinciden con los de Brinell hasta 300 unidades; a partir de este valor se presenta una discrepancia creciente y se hace muy acentuada por encima de 600 unidades Brinell ; ello es debido a que la bola se deforma bastante durante el ensayo, mientras que la pirámide apenas sufre una ligera distorsión con los materiales más duros. Para designar la dureza Vickers, se escribe la cifra obtenida seguida del símbolo HV y de la carga empleada. Ejemplo: 650 HV 30

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Método Rockwell: Este sistema se crea hacia 1925, aunque no da la precisión de los otros dos les aventaja en rapidez. En este método se mide la profundidad de la huella producida al actuar una carga sobre un penetrador de diamante de forma cónica con una punta esférica (para materiales duros) o sobre un penetrador de forma esférica ( para materiales blandos).

Penetrador cónico: Cono de 120º de ángulo en el vértice, con punta redondeada en forma de casquete esférico de radio 0,2 mm y carga de 10 + 140 kp. El número de dureza es HRC= 130-e.

Penetrador esférico: Bola de acero de 1,58 mm (1/16”) de diámetro y carga de 10 + 90. El número de dureza es ahora HRB= 130-e Método de dureza hertziana: Consiste en aplicar cargas a una bola de acero extraduro de 1,5 a 4 mm de diámetro. En el periodo elástico, al suprimir la carga, desaparece la huella. La dureza hertziana se define como la menor carga que deja huella permanente en el material. Método monotrón: En este método la dureza se mide por la carga que hay que aplicar a un penetrador ( tipo semiesfera de diamante, de 0,75 mm) para que se introduzca una cantidad dada (0,0018 pulgadas) en el metal ensayado. El aparato va provisto de dos escalas: una de ellas da la carga en kp por unidad de superficie la otra indica la penetración. La lectura se hace en la esfera, que da la carga en kp por unidad de superficie. Métodos dinámicos: Se hallan muy por debajo de los estáticos, ya que los valores presentan muchos errores y una gran dispersión de los mismos. Pero tienen la ventaja de que requieren aparatos muy sencillos, son extraordinariamente rápidos y aplicables en cualquier lugar, lo mismo a piezas grandes que pequeñas, ya que pueden realizar la medición sin necesidad de que la pieza abandone su situación en el proceso al que se halla sometida. Consideramos los siguientes: Métodos de choque: Determinan la dureza Brinell con la diferencia que aquí la bola de acero actúa por golpe. Tiene 5 mm de diámetro y se lanza con impulso suficiente para que deje una huella permanente de gran tamaño. Se mide su diámetro con una lupa, con precisión de 0,1 mmy se determina la dureza mediante tablas que acompañan a cada aparato. Existen diversos tipos de aparatos ( Baumann, Schwarz y otros), pero el clásico es el de Poldi. En todos ellos deben tenerse en cuente los siguientes factores.

• Perfecta fijación de la probeta o pieza, para evitar que se pierda energía de choque.

• Perfecta perpendicularidad entre aparato y probeta.

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En los tipos de Baumann y Schwarz la bola se lanza mediante un golpe de martillo que actúa al soltar un muelle, inicialmente comprimido en cuantía conveniente, y conocida por un calibrado previo.

El de Poldi se diferencia de los otros en que aquí el impulso se comunica a un yunque golpeándolo con un martillo aplicado directamente con la mano. Se coloca entre el yunque y la bola una probeta para servir de base a la medida.

Métodos de retroceso: Se basan en el hecho de que, si se deja caer desde una altura conveniente un pequeño martillo, con una punta redondeada, de diamante, en un extremo, sobre el material problema la energía de caída será absorbida en producir huella elástica, por lo que el martillo retrocederá, elevándose a una altura menor que la inicial de partida. Esta altura se toma como la medida de la dureza de retroceso. Se usan para determinaciones en materiales endurecidos, que no deben presentar huella permanente, así como el control de uniformidad, en grandes superficies o piezas que se han de comparar. Los aparatos se distinguen en el peso del martillo, la forma de la punta de diamante y la altura de caída. Los más conocidos son el esclerómetro Shore y el duroscopio.

En el esclerómetro Shore el martillo cae desde una altura h0 sobre la pieza y retrocede a la altura h1.El martillo se desliza por el interior de un tubo sin rozamiento En el duroscopio el martillo cae sobre la pieza como la lenteja de un péndulo midiéndose ángulos en vez de longitudes. El ángulo inicial es θ=70º.

Duroscopio Esclerómetro Shore.

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Ensayos tecnológicos: Este grupo se diferencia de los otros en que con ellos no se pretende obtener valores cuantitativos en cálculos numéricos. No entran en la categoría de científicos, pero son muy útiles pues permiten obtener un juicio aproximado sobre algún factor característico del material, como puede ser su composición, los tratamientos que haya sufrido, etc. En ellos no intervienen relaciones numéricas sino que sólo se pretende estudiar el comportamiento del material ante un fin al que se le destina. Ensayo de chispa: Se utiliza en los talleres para el control de aceros en cuanto a su composición. Su realización práctica es muy sencilla; consiste en presionar contra una muela de esmeril, de grano semiduro y no muy fino , un trozo del acero, observando a la vez el haz de chispas que se obtiene, así como el color y forma de las mismas. Conviene que la velocidad de rotación del disco sea de unos 30 m s-1 (unas 400 revoluciones /minuto) y que la posición del operador sea tal que el haz de chispas se produzca en una zona oscura y teniendo como fondo una pared negra.

a) Corresponde a Aceros al Carbono con un contenido en éste hasta 0,15%( Aceros de construcción). Las chispas son de color amarillo claro

b) Aceros con un contenido en Carbono de 0,15 a 1%. c) Aceros ricos en carbono. Si el contenido en Manganeso es alto las chispas tienen

un color amarillo claro. d) Aceros al Cromo-Níquel . e) Fundición. f) Aceros para herramientas con algo de Volframio. Las chispas son de color rojizo. g) Aceros rápidos con gran contenido en Volframio y Molibdeno. Chispas de color

rojizo. Ensayo de fractura: Permite dar al práctico una idea sobre el estado del material. Para ello basta producir la fractura por cualquier procedimiento y examinarla con una lupa. Existen diversos tipos que permiten llegar hasta 150 aumentos. Entre los caracteres que se pueden examinar están: color gris o blanco en fundiciones, clase y forma de separación de grafito, rechupes, inclusiones, segregaciones, grietas. Unos de los problemas que se presentan es caracterizar las grietas que aparecen. Tanto en uno como en otro caso se prepara, en la zona fracturada, una microestructura. Tratándose de acero, se ataca con ácido pícrico y se observa con el microscopio buscando zonas descarburadas. Si la grieta se debe a un proceso de forjado o laminado, hay descarburación en toda la longitud de la grieta mientras que , si es debida a tensiones internas, las zonas descarburadas no existen. En los latones las grietas tienen su origen en tensiones internas del material, lo que se comprueba sumergiendo la probeta en nitrato de mercurio al 1,5%, después de haberla tenido en ácido nítrico varios minutos y lixiviado. Si la pieza se desgarra es que existían las tensiones.

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Planchas: Materiales laminados en que el espesor es considerablemente más pequeño que las otras dimensiones. Los ensayos tecnológicos a los que se someten son: Ensayo de plegado: Sirve para estudiar las características de la plasticidad de los materiales metálicos. Para ello se doblan las probetas en condiciones normalizadas. Se observa si aparecen grietas en la parte exterior de la curva, donde los esfuerzos de tracción son más elevados; la no aparición de grietas denota buenas características de plasticidad. El ensayo se puede realizar a temperatura ambiente o a temperatura elevada Formas de hacer el plegado: El ensayo se debe de conducir de tal forma que los ejes de las dos ramas de la probeta se mantengan en un plano. En el ensayo se puede exigir que las ramas de las probetas queden: a) Paralelas y a una distancia fijada de antemano. b) Formando un cierto ángulo α al emplear un mandril con diámetro determinado. c) En contacto. Doble plegado: Llamado también ensayo del pañuelo; se realiza en láminas muy finas, con dimensiones (para las probetas) de 200.200 mm2, y consiste en someterlas a dos plegados consecutivos según dos direcciones perpendiculares de un mismo plano, como se dobla un pañuelo. El material no debe presentar grietas en estas condiciones. Doblado alternativo: Se realiza con láminas delgadas y consiste en doblarlas un ángulo de 90º hacia uno y otro lado, contando e número de veces requerido para que surja la rotura. Siempre ha de procurarse que, en cada caso doblado, se adapte perfectamente la lámina al mandril de apoyo.

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Ensayo de recuperación elástica: Es complementario de los anteriores y se aplica a aquellas cintas metálicas en que el doblado no llega a superar al límite elástico. Doblando a la probeta un cierto ángulo (por regla general 135º) al cesar el esfuerzo deformante, actúan las tensiones interiores, con lo que el material tiene que recuperar parcialmente la forma primitiva. Ensayo de embutición: Uno de los más importantes para las planchas, pues el proceso de embutición, si bien supone parcialmente la existencia de esfuerzos de tracción, hay simultáneamente fluencia del material, como consecuencia de comprimirlo hasta aquel grado. Interesa, pues, medir la capacidad para resistir deformaciones hasta la aparición de la rotura. El grado de embutido se mide por la carga y la flecha alcanzada en el momento en el que aparece la primera grieta en el casquete esférico producido por el punzón.

El método de embutición más empleado en España es el de Ericksen ( norma UNE 7080). Las probetas para este ensayo son circulares o rectangulares, de tamaño tal que no aparezcan corrimientos en los bordes del material estirado.

Según el aspecto que presenta la rotura del casquete, se deducen las siguientes consecuencias:

1) Si la rotura se produce en forma de grieta alargada , con una flecha pequeña puede ser debida a falta de recocido, a un recocido defectuoso, a un temple o a una estructura fibrosa.

2) Si la rotura se produce en forma de grieta circular , es señal de un recocido correcto.

3) Si el casquete deformado presenta un aspecto superficial de piel de naranja, se debe a un grano de tamaño elevado, producido por un sobrecalentamiento.

4) Si aparecen grietas prematuras, se debe a falta de espesor o forjado defectuoso.

Estos ensayos deben completarse con la observación a la lupa de la superficie, después de terminada la medida, pues según que el material presente, después de deformado, una estructura de grano grueso o fino, se le juzga inaplicable o idóneo, respectivamente, para estos fines. Este detalle es muy importante, pues a veces se obtienen valores iguales para la profundidad sin que por ello pueda aceptarse el material.

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Ensayos con ultrasonidos rayos X y gamma: Los ultrasonidos son vibraciones elásticas, de una frecuencia elevada, que no entran en la percepción acústica humana. Superan los 20 kHz, pudiendo llegar hasta varios centenares de megaciclos (MHz ). La propagación de las ondas es variable, dependiendo del material en que lo hacen. Se suelen distinguir las siguientes clases de ondas. a) ondas se presión longitudinales: consiste en un campo de fuerzas mecánicas, de alta

frecuencia, en que alternan presiones y relajaciones. Son posibles en todos los medios.

b) Ondas transversales, superficiales, de difracción, de dilatación y combinaciones de ellas: Sólo son posibles en cuerpos sólidos.

Propiedades generales: Los ultrasonidos no se propagan en el vacío. Necesitan un medio para ello y lo hacen con una velocidad que depende de la naturaleza de aquél. Su propagación se asemeja más a la de la luz cuanto mayor es la frecuencia. Velocidad y longitud de onda: Las velocidades de propagación de las ondas longitudinales son: Sólidos: VS= ρ/E Líquidos: VL= ρχ / Gases: VG= ργ /P Para las ondas transversales: VS = ρ/G G= módulo de Coulomb Haz de ultrasonidos: En un foco emisor de ultrasonidos, de forma circular, la mayor parte de la energía emitida (90 %) se encuentra concentrada en un cono de eje perpendicular a la fuente y cuyo vértice viene dado por la expresión:

θ = sen-10,61 V/R = sen-10,61 λ/R Donde se deduce que el haz es tanto más convergente cuanto mayor es la frecuencia. Reflexión, refracción y difusión. Los ultrasonidos se reflejan, refractan y difunden de forma análoga a como lo hacen las ondas acústicas y luminosas. En la reflexión se cumple que: el ángulo de incidencia y el de refracción es constante e igual a la relación de las velocidades de propagación en ambos medios, o sea:

teconsVV

senrseni tan

2

1 ==

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Amortiguamiento: Cuando un haz de ultrasonidos procedente de una fuente puntual se propaga en un medio perfectamente elástico el flujo de energías permanece constante, mientras que la intensidad o la amplitud de vibración disminuye con la distancia. Absorción: La energía del haz ultrasonoro disminuye en función de la distancia x. Ex= E0 e-kx Donde k es el coeficiente de absorción dado por la fórmula:

K= 3

22

3 Vρηυπ16

Generadores de ultrasonidos. Frecuencias ultrasónicas. La energía ultrasonora se origina mediante generadores de válvulas electrónicas. Según haya de trabajarse con bajas o altas frecuencias se utilizan los siguientes procedimientos:

a) En el efecto de magnetostricción. Consiste en que una varilla de material ferromagnético se somete a dos campos: uno magnético constante y otro variable, creado por una bobina alimentada por corriente alterna. Si la frecuencia de la corriente es próxima a la de la barra, ésta vibrará en resonancia con aquella. El material empleado es níquel para frecuencias de hasta 50 kc s-1 y ferroxcubo para frecuencias entre 20 y 100 kHz.

b) En el efecto piezoeléctrico, según el cual determinados cristales, montados entre electrodos metálicos, oscilan por resonancia bajo la acción de un campo alterno. Se emplea para frecuencias entre 100 y varios miles de kHz.

Técnicas de ensayo con ultrasonidos: La base de todos estos ensayos está en la propiedad de que en las superficies límites de dos medios de diferente densidad se producen reflexiones de ondas sonoras. De esta propiedad se hace uso para descubrir los defectos en el interior de las piezas. Los métodos más empleados son los de transmisión y los de reflexión. De menor importancia son los métodos de resonancia y absorción.

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Método por transmisión: Los aparatos empleados en este método van equipados con emisor y receptor independientes. La pieza se somete a la acción de la radiación procedente del emisor de alta frecuencia, la cual es captada por el receptor situado enfrente. Cuando las ondas ultrasonoras encuentran un defecto en el material, tiene lugar una interrupción del rayo, que se transforma de manera conveniente en señal óptica o eléctrica. Con este método es posible detectar los defectos en las piezas de espesor pequeño o medio, tales como planchas, productos laminados , etc. Sin embargo, en las piezas de gran espesor, se producen reflexiones múltiples, que impiden la detección de aquellos.

Otro método de irradiación es el que utiliza ondas laminares. En este caso las ondas abarcan la superficie entre el emisor y el receptor.

Métodos por reflexión: Se basan en captar mediante un receptor, situado en el mismo lado que el emisor, los ultrasonidos reflejados en las paredes de la pieza y en los eventuales defectos. La sensibilidad del método depende de las frecuencias empleadas y permite determinar con bastante precisión la profundidad de los defectos. Se puede hacer de manera intermitente o continua. Los aparatos se construyen con emisor y receptor independientes.

Al= alimentador, G= generador de impulsos, E= emisor, A=amplificador, GK= generador de barrido de sincronización, C= palpador. Método por resonancia: Consiste en proyectar a través de una pieza un haz de ultrasonidos, con longitud de onda tal, que le haga vibrar en resonancia. Se usa para controlar la identidad de piezas fabricadas en serie.

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Método por absorción: Llamado también por ecos múltiples, porque el haz de ultrasonidos antes de ser captado por el receptor, se ha reflejado un cierto número de veces en la pared de la pieza. Por lo general se emplea para comparar la pieza problema con otra igualen la que no existen defectos. Ensayos con rayos gamma: Gammagrafía: cuando la dureza de los rayos X no es suficiente para penetrar hasta donde requiere el análisis, hay que recurrir a los rayos gamma, radiaciones de la misma naturaleza que ellos y cuya longitud de onda es considerablemente menor. Los rayos gamma llegan a tener una frecuencia de 3.1017 kHz, equivalente a 1,24.109 eV. Los rayos gamma pueden obtenerse mediante elementos radiactivos naturales como el radio, la emanación y el mesotorio los cuales, sin embargo, no se usan a causa de su elevado precio, habiendo sido sustituidos por los elementos radiactivos artificiales ( isótopos radiactivos) Detección de defectos por rayos γ. Su fundamento es análogo al de los rayos X. La pieza que se desea examinar se somete a la radiación que, después de atravesarla, impresiona una placa fotográfica. La disposición para un solo material está esquematizada en la figura en que 1 representa el manantial radiactivo, 2 la pieza inspeccionada y 3 la película con dos hojas de plomo, de las cuales la interior mide 0,15 mm y la posterior0,30. Las principales ventajas de la gammagrafía sobre los rayos X son: a) Posibilidad de examinar piezas de mayor espesor. b) No se requiere ninguna fuente de energía ni aparatos

anejos a la instalación. c) Resulta mucho más sencillo alcanzar partes difícilmente asequibles en piezas

complicadas. d) Facilidad de transporte al pie de obra. Sus principales inconvenientes son: a) El peligro permanente que supone el manejo de una fuente de isótopos si el personal

que la usa no se halla entrenado especialmente para ello. Las normas de seguridad deben ser muy severas.

b) Para pequeños espesores la sensibilidad no es muy buena. c) El contraste no es muy acentuado; por tanto la interpretación de las fotografias se

hace difícil. d) El tiempo de exposición es muy prolongado (unas 15 h); pero como no requieren

ningún cuidado especial, la exposición puede hacerse durante toda la noche.

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ENSAYOS MAGNÉTICOS Y ELÉCTRICOS: Se aplica a los materiales que han sufrido procesos de conformación, tratamientos térmicos y operaciones finales de acabado. Su característica es que durante su realización no tiene lugar destrucción o deterioro del material. Se basan en medir alguna propiedad del material cuyas variaciones estén relacionadas con la aparición de defectos y con el comportamiento de las piezas en servicio. Ensayos por métodos magnéticos: Se basan en determinar las variaciones que, en algunas de las propiedades magnéticas del material, introducen las perturbaciones estructurales del mismo. Se dividen en dos grupos. a) Métodos magnetoscópicos: Se aplican a las piezas de metales ferromagnéticos. Se basan en las perturbaciones que sobre las líneas de fuerza de un campo magnético intenso producen las grietas. La magnitud de la perturbación depende de la posición del defecto en la pieza, su orientación con respecto al campo y de su extensión. La sensibilidad aumenta en tanto que aumenta el campo magnético.

Imanación de las piezas: Es la operación en virtud de la cual se imanan las piezas que van a examinarse. La intensidad debe ser lo suficientemente elevada para llegar a las proximidades de la saturación magnética. Los procedimientos más usuales para imanar son.

a) Mediante campos longitudinales; conocido también como imanación polar; puesto que se forman los polos por los cuales entran y salen las lineas de fuerza.

• Colocando la pieza entre dos polos de un imán permanente o de un electroimán

• Colocándola en el interior de un solenoide.

b) Mediante campos transversales; conocido también como imanación circular.

Se consigue haciendo pasar a través de las piezas una corriente de gran intensidad, hay que tener en cuenta que sólo se detectan los fallos superficiales.

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c) Mediante actuación conjunta de campos transversales y longitudinales. Se consigue haciendo pasar e través de la pieza una corriente, al mismo tiempo que en sus extremos se aplican los polos de un electroimán.

Detección de los defectos: Pueden hacerse visibles proyectando sobre la pieza un polvo magnético muy fino; Entonces las partículas se acumulan en mayor cantidad en los lugares donde la perturbación tiene lugar. La aplicación del polvo se lleva a cabo por medio de dos técnicas distintas:

• En seco, espolvoreando uniformemente sobre la pieza. Se suele emplear en el control de piezas sin mecanizar. Es también más sensible que el húmedo para detectar defectos interiores.

• En suspensión en líquidos (mezclas de petróleo y aceite). Así se facilita el desplazamiento de las partículas y se obtienen buenos resultados, sobre todo en superficies lisas. El líquido magnético se puede aplicar: por su pulverización, por inmersión o con un pincel.

• Utilizando suspensiones de polvo magnético coloreado o fluorescente se favorece el examen cuando la superficie es negra.

Métodos analíticos: El punto de partida para ellos es el hecho de que un distinto comportamiento magnético en el material es índice siempre de una variación en su estructura física, de modo que características esenciales de aquél, como composición en la aleación, tensiones internas o durezas, están relacionadas con diversas propiedades magnéticas como imanación de saturación, permeabilidad y fuerza coercitiva. Estos métodos pueden aplicarse o bien para determinar fallos en el material o sobretensiones e inclusiones extrañas. Desimanación de las piezas: Como los ensayos descritos se aplican a piezas acabadas o semiacabadas, éstas sufren una fuerte imanación, sobre todo cuando se utiliza la imanación polar, quedándoles un magnetismo remanente intenso que es necesario quitarles, puesto que su presencia puede ser perjudicial, tanto para el acabado como para su funcionamiento. Esto se realiza sometiéndolas a un campo alterno continuo decreciente.

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Ensayos por métodos eléctricos: Método por resistencia: Basado en las variaciones de resistencia que introducen en un metal conductor las impurezas. El valor de la resistencia viene dado por la expresión R= ρ.L/s. Por tanto cualquier variación con la aparición de un defecto hará que varíe la resistencia. Consiste en establecer un campo eléctrico en el metal por medio de dos contactos o palpadores conectados a los polos de una batería de unos 6 V; así el campo creado se mantiene uniforme.

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