Ensayos de materiales: dureza, resiliencia, fractura, fatiga y fluencia

Ensayos de Materiales: Una Visión General

Los ensayos de materiales son cruciales para determinar las propiedades y el comportamiento de los materiales bajo diversas condiciones. A continuación, se describen algunos de los ensayos más comunes:

Ensayos de Dureza a la Penetración

Los ensayos de dureza a la penetración miden la resistencia de un material a la deformación permanente por indentación. Algunos de los métodos más utilizados son:

Ensayo de Brinell

El ensayo de Brinell es una escala de medición de la dureza que evalúa la penetración de un objeto en el material. Este método es adecuado para materiales blandos (de baja dureza). El penetrador utilizado es una bola de acero templado. Se mide el diámetro de la huella dejada en la superficie del material para determinar la dureza.

Ensayo de Vickers

El ensayo de Vickers utiliza un penetrador de diamante tallado en forma de pirámide cuadrangular. La dureza se calcula dividiendo la fuerza aplicada al penetrador entre el área de la huella resultante.

Ensayo de Rockwell

El ensayo de Rockwell destaca por su rapidez de medida y el pequeño tamaño de las huellas que produce. Es uno de los ensayos más utilizados, aunque puede tener una menor exactitud en comparación con otros métodos.

Ensayo de Resiliencia

El ensayo de resiliencia es un ensayo destructivo que consiste en romper una probeta de un material específico golpeándola con un péndulo. El ensayo Charpy es el más utilizado para medir la resiliencia.

Ensayo de Fractura

En el ensayo de fractura, se evalúa cómo un material se rompe bajo tensión. Existen dos tipos principales de fractura:

1. Fractura Dúctil: En la zona de rotura se produce una deformación plástica permanente e importante. Se observa una elongación del material y la superficie de rotura no tiene brillo.
2. Fractura Frágil: Se forma en una línea sin apenas deformación plástica, generando una superficie brillante.

En el ensayo de fractura, se utiliza una probeta con una grieta preexistente que se hace crecer. Se aplica una fuerza axial mediante una prensa hidráulica (similar al ensayo de tracción). La grieta avanza debido a las tensiones en su extremo. Esta etapa inicial se denomina fase estable. Posteriormente, se produce la rotura súbita, donde la pieza se rompe a la velocidad del sonido de forma violenta.

Ensayo de Fatiga

El ensayo de fatiga permite determinar la resistencia de una pieza ante cargas cíclicas o repetitivas. Es crucial realizar ensayos de fatiga en materiales o piezas que estarán sometidas a cargas cíclicas, ya que la rotura puede ocurrir a un valor inferior al valor crítico del material. Cuanto mayor es la amplitud del ciclo de la carga (diferencia entre los valores máximo y mínimo de la fuerza aplicada), menor es el número de ciclos antes de la rotura.

Ensayo de Fluencia

La fluencia es la deformación que se produce en un material sometido a un esfuerzo constante y a temperatura constante durante un período prolongado. En los metales, la fluencia suele ocurrir a elevadas temperaturas, mientras que en los plásticos es más común a temperatura ambiente. El ensayo de fluencia determina el comportamiento de un material tras la aplicación prolongada de una carga constante. Se realiza calentando una muestra entre 300 y 1200 °C, dependiendo del material, y luego aplicando una carga hasta que se rompa.

Ensayos No Destructivos

Los ensayos no destructivos (END) son aquellos que no alteran la forma ni las propiedades de un material. No producen ningún tipo de daño o este es prácticamente imperceptible. Sirven para estudiar propiedades físicas, químicas o mecánicas:

• Ensayos de radiografía industrial: Estudian las discontinuidades internas de un material.
• Ensayos de líquidos penetrantes: Se utilizan para identificar irregularidades en la superficie de materiales no porosos.
• Ensayos de ultrasonidos: Sirven para la identificación de irregularidades a través del uso de ondas acústicas. Se estudia la propagación de la onda para detectar discontinuidades.