Fundamentos de Ensayos de Materiales y Propiedades Mecánicas en Ingeniería

Este documento explora los conceptos esenciales de los ensayos de materiales, fundamentales en el diseño y la ingeniería para comprender el comportamiento y las características de diversos materiales.

Ensayos No Destructivos (END)

Los Ensayos No Destructivos (END) son métodos de inspección que permiten evaluar la integridad de una pieza o componente sin alterar sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales. Se utilizan para detectar discontinuidades superficiales o internas, así como para determinar propiedades físicas y químicas de los materiales.

Ejemplos comunes incluyen:

• Rayos X
• Ultrasonidos

Estos ensayos permiten analizar grietas y defectos de una pieza sin comprometer la integridad del material.

Clasificación de Ensayos Mecánicos

Los ensayos mecánicos se clasifican según la velocidad de aplicación de la carga:

Ensayos Dinámicos

La velocidad de aplicación de la carga influye significativamente en el resultado del ensayo. Son característicos de situaciones donde el material es sometido a impactos o cargas rápidas.

Ensayos Estáticos

La velocidad de aplicación de la carga no influye en el resultado del ensayo, o su influencia es despreciable. La carga se aplica de forma lenta y gradual, permitiendo que el material se deforme completamente bajo cada incremento de carga.

Propiedades Mecánicas Fundamentales

A continuación, se definen algunas de las propiedades mecánicas más relevantes para la caracterización de materiales:

Resistencia de Rotura

Máxima tensión que soporta la probeta durante el ensayo.

Estricción

Disminución de la sección que se produce después de la rotura.

Alargamiento de Rotura

Mayor alargamiento plástico alcanzado por la probeta.

Límite Elástico

Tensión a partir de la cual las deformaciones dejan de ser reversibles.

Módulo de Elasticidad

Relación entre la tensión y la deformación en la zona proporcional (zona elástica lineal).

Resistencia a la Tracción

Máxima tracción que soporta la probeta durante el ensayo.

Tenacidad

Resistencia a la fractura que opone un material cuando es sometido a esfuerzos bruscos o de impacto.

Plasticidad

Capacidad de algunos materiales para deformarse cuando se les aplica una fuerza y conservar dicha deformación una vez que la fuerza deja de actuar.

Resistencia de Rotura (Tensión de Fractura)

Tensión soportada por la probeta en el momento de la rotura.

Fluencia

Deformación plástica considerable bajo una tensión constante o fluctuante, que ocurre con el tiempo.

Ensayos de Dureza

Los ensayos de dureza miden la resistencia de un material a la deformación plástica localizada, como la indentación o el rayado.

Ensayo Brinell

Consiste en aplicar una fuerza a un penetrador esférico de acero templado (o carburo de tungsteno para materiales más duros), que deja una huella en forma de casquete esférico en el material cuya dureza se desea medir.

Ensayo Rockwell

Este ensayo se realiza en varias etapas:

1. Se aplica inicialmente una precarga de 10 kp, lo que origina una huella de profundidad h1.
2. Se aplica la carga principal, produciéndose una huella de profundidad h2.
3. Tras unos segundos, se reduce la carga hasta el valor de la precarga. El valor de la huella h3 será mayor que h1.

La dureza Rockwell se determina a partir de la diferencia de profundidad entre la huella final y la huella inicial bajo precarga.

Comparativa: Ensayos Brinell y Vickers

Ambos son ensayos de dureza por indentación, pero presentan diferencias clave:

Brinell

• No es el más exacto para todos los rangos de dureza.
• Utiliza una bola de acero templado o carburo de tungsteno como penetrador.
• Dispone de penetradores de distintos tamaños para adaptarse a diferentes materiales y rangos de dureza.

Vickers

• Es considerado el más exacto y versátil, aplicable a una amplia gama de materiales.
• Su penetrador es un diamante en forma de pirámide de base cuadrada.
• El penetrador es siempre el mismo, lo que simplifica el procedimiento y la estandarización.

Ensayo de Impacto Charpy

El ensayo Charpy mide la tenacidad de un material, es decir, su capacidad para absorber energía antes de fracturarse bajo una carga de impacto.

Se utiliza, por lo general, una probeta de sección cuadrada y 55 mm de longitud, en cuyo centro se ha realizado una entalla de 2 mm en forma de U o V. El ensayo consiste en golpear la probeta por el lado opuesto a la entalla con un péndulo que se deja caer desde una altura determinada. La energía absorbida por la probeta durante la fractura se calcula a partir de la altura de rebote del péndulo.