Ensayos de materiales: dureza, tracción, resiliencia, compresión y fatiga

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ENSAYO DE DUREZA

En metalurgia 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.
Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes:
· 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 Rockwell : se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella.
· Rockwell superficial: existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial.
· Dureza Webster : emplea máquinas manuales en la medición, siendo apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos . El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell.
· 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. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor.
· 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.

ENSAYO ULTRA SONIDO

Un material puede, a la vez, transmitir y reflejar ondas elásticas. Un transductor ultrasónico hecho de cuarzo, titanato de bario o sulfato de litio aprovecha el efecto piezoeléctrico para introducir una serie de pulsos elásticos a alta frecuencia en el material, por lo general por encima de los 100,000 Hz. Los pulsos crean una onda de deformación por compresión, que se propaga a través del material. La onda elástica se transmita a través del material a una velocidad que depende del módulo de elasticidad y de la densidad del mismo.

TRACCIÓN

El ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta normalizada realizada con dicho material a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta . En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los materiales elásticos:
· Módulo de elasticidado Módulo de Young que cuantifica la proporcionalidad anterior.
· Coeficiente de Poissonque cuantifica la razón entre el alargamiento longitudinal y la acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza.
· Límite de proporcionalidad: valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada.
· Límite de fluenciao límite elástico aparente: Valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.
· Límite elástico(límite elástico convencional o práctico): valor de la tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado.
· Carga de rotura o resistencia a la tracción: carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta.
· Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento.
· Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura.
Normalmente, el límite de proporcionalidad no suele determinarse ya que carece de interés para los cálculos. Tampoco se calcula el Módulo de Young, ya que éste es característico del material, así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes.


ENSAYO DE RESILIENCIA

Péndulo de Charpy.
En ingeniería, la resiliencia es la cantidad de energía que puede absorber un material , antes de que comience la deformación irreversible, esto es, la deformación plástica . Se corresponde con el área bajo la curva de un ensayo de tracción entre la deformación nula y la deformación correspondiente al esfuerzo de fluencia . En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en julios por metro cúbico .
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, aceros con alto contenido de austenita .
En física se utiliza el término para expresar la capacidad de un material de recobrar su forma original después de haber sido sometido a altas presiones correspondiéndose, en este caso, con la energía que es capaz de almacenar el material cuando se reduce su volumen.

ENSAYO DE COMPRESIÓN

El esfuerzo de compresión es una presión que tiende a causar una reducción de volumen. Cuando se somete un material a una fuerza de flexión , cizalladora o torsión actúan simultáneamente fuerzas de torsión y compresión.
Es la fuerza que actúa sobre un material de construcción, suponiendo que esté compuesto de planos paralelos, lo que hace la fuerza es intentar aproximar estos planos, manteniendo su paralelismo (propio de los materiales pétreos ).
Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de compresión son contrarios a los aplicados al de tensión, con respecto a la dirección y sentido de la fuerza aplicada.
Tiene varias limitaciones:
· Dificultad de aplicar una carga concéntrica o axial.
· Una probeta de sección circular es preferible a otras formas.

ENSAYO DE FATIGA

En ingeniería y, en especial, en ciencia de materiales , 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%), aunque también ocurre en polímeros y cerámicas
1. Pruebas no destructivas superficiales Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad superficial de los materiales inspeccionados. Los métodos de PND superficiales son:
VT - Inspección Visual PT - Líquidos Penetrantes MT - Partículas Magnéticas ET - Electromagnetismo
En el caso de utilizar VT y PT se tiene la limitante para detectar únicamente discontinuidades superficiales (abiertas a la superficie); y con MT y ET se tiene la posibilidad de detectar tanto discontinuidades superficiales como sub-superficiales (las que se encuentran debajo de la superficie pero muy cercanas a ella).
2. Pruebas no destructivas volumétricas Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad interna de los materiales inspeccionados. Los métodos de PND volumétricos son:
RT - Radiografía Industrial UT - Ultrasonido Industrial AE - Emisión Acústica
Estos métodos permiten la detección de discontinuidades internas y sub-superficiales, así como bajo ciertas condiciones, la detección de discontinuidades superficiales.
3. Pruebas no destructivas de hermeticidad Estas pruebas proporcionan información del grado en que pueden ser contenidos los fluidos en recipientes, sin que escapen a la atmósfera o queden fuera de control. Los métodos de PND de hermeticidad son:
LT - Pruebas de Fuga - Pruebas por Cambio de Presión (Neumática o hidrostática). - Pruebas de Burbuja - Pruebas por Espectrómetro de Masas - Pruebas de Fuga con Rastreadores de Halógeno
Entre los ensayos no destructivos más comunes se encuentran:
· ultrasonido
· Análisis de aceite y ferrografía
· Análisis de vibraciones y análisis de ruido
· Análisis metalográfico
· Corrientes inducidas
· Inspección por líquidos penetrantes
· Inspección por partículas magnéticas
· Inspección de soldaduras
· Inspección por ultrasonido
· Pérdida de flujo magnético
· Radiografía
· Termografía
· ACFM (Alternative Current Field Measurement)