Propiedades y ensayos de los materiales - tecnologia-fda

BLOQUE I. MATERIALES
UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
BLOQUE I. MATERIALES
UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
UNIDAD 2. OXIDACIÓN Y CORROSIÓN
UNIDAD 3. MODIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS METALES
UNIDAD 4. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO EN MATERIALES METÁLICAS
UNIDAD 5. TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS
UNIDAD 6. REUTILIZACIÓN DE LOS MATERIALES
TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
ÍNDICE:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
TIPOS DE ENSAYOS
ENSAYO DE TRACCIÓN
ENSAYO DE DUREZA
ENSAYO DE RESILIENCIA AL IMPACTO
ENSAYO DE FATIGA
ENSAYOS TECNOLÓGICOS
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
Página libro
Pág. 7
Pág. 8
Pág. 14
Pág. 19
Pág. 20
Pág. 22
Pág. 25
ACTIVIDADES:
•
•
•
•
Hoja 1. Problemas Tracción
Hoja 2. Problemas Dureza y Resiliencia
Hoja 3. Problemas Materiales (selectividad 2010)
Actividades de síntesis del libro
TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II
Pág. 26
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
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ELECCIÓN MATERIAL PARA UNA DETERMINADA APLICACIÓN:
 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
 ESPECIFICACIONES DE SEGURIDAD
 CRITERIOS ECONÓMICOS (disponibilidad y coste)
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
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TIPOS DE ENSAYOS:
A. Según la rigurosidad de su ejecución
• Ensayos científicos. Investigar características técnicas. Precisión y
reproducibilidad.
• Ensayos técnicos. Comprobación de una determinada propiedad. Se
realizan en el proceso productivo: rápidos.
B. Según la naturaleza del ensayo
• Ensayos químicos
• Ensayos metalográficos
• Ensayos físicos
• Ensayos mecánicos
C. Según la utilidad de la pieza después del ensayo
• Ensayos destructivos
• Ensayos no destructivos
D. Según la velocidad de aplicación de las fuerzas
• Ensayos estáticos
• Ensayos dinámicos.
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ENSAYO DE TRACCIÓN (UNE 7-474)

F
So
Lo
L
DL
e
Esfuerzo o tensión ( N/m2 = Pa)
Fuerza de la tensión uniaxial aplicada (N)
Sección transversal de la varilla (m2)
Longitud inicial de la varilla (m)
Longitud después de aplicar F (m)
Variación de la longitud o alargamiento(m)
Deformación o alargamiento unitario
e=
Δ𝐿
Lo
e(%) =
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Δ𝐿
Lo
100
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PROBETAS NORMALIZADAS
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MÁQUINA DE TRACCIÓN
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DIAGRAMA DE TRACCIÓN
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•
UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
ZONA ELÁSTICA OE
– Proporcional OP. Zona de trabajo
MÓDULO DE YOUNG o módulo de elasticidad
longitudinal E (N/m2).
Ley de Hooke
𝝈=𝝐∙𝑬
𝜎P Límite de proporcionalidad
𝜎 E Límite elástico
– No proporcional PE
𝜎𝑝 ≅ 𝜎 𝐸
•
ZONA PLÁSTICA EU (ES)
– Deformación plástica uniforme ER
𝜎R Resistencia a la tracción
– Zona de estricción o de deformación plástica
localizada RU
𝜎U Resistencia a la rotura
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
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– ALARGAMIENTO DE ROTURA
𝐴 % = 𝐿 𝐿−𝐿𝑂 100
– ESTRICCIÓN DE ROTURA
𝐹
𝑂
Z % = 𝑆 𝑆−𝑆 100
𝑂
𝐹
𝑂
– TRABAJO DE DEFORMACIÓN
– CURVA DE TRACCIÓN VERDADERA
– CURVA DE TRACCIÓN APARENTE
– FLUENCIA
𝜎 F Tensión de fluencia
TENSIÓN MÁXIMA DE TRABAJO
Coeficiente de seguridad (n)
n= 𝜎𝜎 F
T
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YOU TUBE UPV
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ENSAYO DE DUREZA
Dureza:
• Medida de la resistencia de un material a una deformación plástica
localizada.
• Resistencia que ofrece un material a ser rayado o penetrado por
otro.
• Depende de la elasticidad y de su estructura cristalina (metales
puros) y de los tratamientos térmicos o endurecimiento por
deformación ( aleaciones)
• Dureza está relacionada con el comportamiento del material frente
a la abrasión o desgaste y facilidad al mecanizado.
TIPOS DE ENSAYOS
A. ENSAYOS DE DUREZA AL RAYADO
 ESCALA DE MOHS
 DUREZA MARTENS
 ENSAYO A LA LIMA
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
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B. ENSAYOS DE DUREZA A LA PENETRACIÓN (INGENIERÍA)
 ENSAYO BRINELL (UNE 7-422-85)
o Penetrador: bola de acero templado
o Diámetro de la bola (D) entre 1 y 10 mm
o Carga aplicada (F en kp) hasta 3000 kp
o Tiempo de aplicación 15 s
S: Área del casquete en mm2
f: Profundidad de la huella (mm)
110 HB 5 250 30
Dureza
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Tipo de Ensayo Diámetro de la bola
Fuerza aplicada
Durómetro
Tiempo del Ensayo
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
HB: Dureza en grados Brinell (kp/mm2)
F: Carga aplicada en kp
D: Diámetro de la bola (mm)(según espesor pieza)
d: Diámetro de la huella (mm)
•
Para que la medición de la huella sea fiable:
D/4 < d < D/2
•
Para que las durezas obtenidas sean comparables:
F = K D2
K: Constante de proporcionalidad según el material
INCONVENIENTES:
 No se puede realizar en piezas cilíndricas y esféricas
 Errores de medición
 No sirve para metales duros
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
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 ENSAYO BRINELL ENSAYO VICKERS (UNE 7-423-84)
o Penetrador: pirámide de base cuadrada de diamante
o Ángulo 136°
o Carga aplicada (F en kp) hasta 120 kp (normalmente 30 kp)
o Tiempo de aplicación entre 10 y 30 s (normalmente15 s)
HV: Dureza en grados Vickers (kp/mm2)
F: Carga aplicada en Kp
S: Área lateral de la huella en mm2
d: diagonal de la base de la pirámide (huella)
CARACTERÍSTICAS:
• Cargas aplicadas pequeñas
• Se puede realizar en piezas delgadas y en materiales blandos y duros
Para que no se produzcan deformaciones en el lado opuesto de la pieza
s > 1,2 d
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 ENSAYO ROCKWELL (UNE 7-424-89)
o Rápido, pequeño tamaño de la huella. Menos exactos que los anteriores
o Consiste en penetrar en dos tiempos, en la capa superficial de la pieza un
penetrador de forma prefijada y medir el aumento permanente de la
profundidad de penetración.
o Penetrador:
 Materiales blandos (60-150 HV), se usa bola acero de 1,59 mm (HRb)
 Materiales duros (235-1075HV), se usa diamante cónico 120° (HRc)
METODO DE ENSAYO
I.
II.
Aplicación de la carga inicial F0 (10 kp), que origina h1
Aplicación de la carga suplementaria F1 (90 kp o 140 kp) del material y queda la
huella permanente h2
III. Eliminar la carga F1 hasta F0 : Reacción elástica del material y queda la huella
permanente h3
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
e= h3 – h1
HRb = 130 – e
HRc = 100 – e
Cada unidad e equivale a 2 micras (0,002 mm)
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Puesto que en muchas ocasiones las piezas están sometidas a cargas dinámicas:
vibraciones, choques, rozamientos es necesario conocer su comportamiento. Para ello se
realizan ensayos dinámicos.
ENSAYO DE RESISTENCIA AL IMPACTO (UNE 7-475-92)
Tenacidad : capacidad que tiene un material para almacenar energía en forma, por lo general, de
deformación plástica antes de romperse.
 Ensayo de tracción por choque:
• Ensayo de tracción con velocidad de aplicación de la fuerza alta
• Área bajo la curva e- 𝝈 (Trabajo de deformación)
• Cuánto mayor sea el área mayor será la tenacidad del material
 Ensayo de flexión por choque
•
•
Ensayo de resiliencia o Ensayo Charpy
Permite determinar la energía absorbida en la rotura de una probeta normalizada
producida por un golpe seco de un péndulo (martillo) en su caída.
Probeta: prisma rectangular entallada. Se golpea la parte opuesta a la entalla.
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
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Pasos a seguir para realizar el ensayo:
• Colocar el martillo a una altura determinada h1
(ángulo a1)
• Se deja caer y el martillo asciende una altura h2
(ángulo a2)
𝑊
KCV= 𝑆
0
KCV=
𝑚𝑔 (ℎ1−ℎ2)
𝑆0
𝛼1)
KCV = 𝑃 𝐿 (cos 𝛼2−cos
𝑆
0
KCV Resiliencia J/m2
P Peso del martillo (N)
L Longitud del péndulo (m)
S0 Sección del área en la
parte entallada (m2)
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
ENSAYO DE FATIGA
Cuando determinadas piezas están sometidas a esfuerzos variables en magnitud y sentido que se
repiten con cierta frecuencia, se pueden romper con cargas inferiores a las de rotura, trabajando
incluso por debajo del límite elástico, siempre que actúen durante un tiempo suficiente.
Existen muchas piezas y mecanismos sometidos a esfuerzos de fatiga (ejes, bielas, engranajes,..)
Wöhler enunció las siguientes leyes:
•
•
Las piezas metálicas pueden romperse bajo esfuerzos unitarios inferiores a su carga de rotura,
e incluso su límite elástico, si el esfuerzo se repite un número suficiente de veces.
Para que la rotura no tenga lugar, con independencia del número de ciclos, es necesario que la
diferencia entre la carga máxima y la mínima sea inferior a un determinado valor, llamado
límite de fatiga.
El ensayo de fatiga más habitual es el de flexión rotativa
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
LÍMITE DE FATIGA: Valor máximo de
tensión al que podemos someter una pieza
sin romperse, independientemente del
número de ciclos que se repita la acción.
Por debajo de este límite no ocurrirá la
fractura por fatiga y por encima de él se
puede determinar el número de ciclos que
soporta sin romperse.
En el proceso de fatiga se distinguen:
• Fase de incubación a partir de la fisura interna
• Fase de maduración progresiva
• Fase de rotura efectiva
Las roturas por fatiga presentan dos zonas bien definidas: grano fino mate y distribución ondular que parece
surgir de un punto defectuoso, y otra de grano grueso brillante que indica la rotura final
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
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Imagen tomadas de la sección de Ingeniería Mecánica. Área de Diseño. Universidad Pontificia Católica de Perú.
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
ENSAYO TECNOLÓGICOS
• Se realizan para estudiar el comportamiento del material ante un fin al que se
destina.
• El ensayo debe reproducir a escala conveniente, las condiciones prácticas del
propósito para el que se ha destinado.
• No se obtienen valores cuantitativos (numéricos)
• Tipos de ensayos tecnológicos
 Ensayos de flexión y plegado (b)
 Ensayo de recalcado(b)
 Ensayo de maleabilidad (b)
 Ensayo de mandrilado (b)
 Ensayo de flexión alternativa (ch)
 Ensayo de embutición (ch)
 Ensayo de ensanchamiento o abocardado (t)
 Ensayo de flexión alternativa (t)
 Ensayo de retorcido (t)
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UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS
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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS (Control de Defectos)
• Los ensayos de defectos tienen por objeto descubrir y localizar defectos en la
superficie o en el interior de los materiales .
• Se utilizan para el examen de productos terminados y para revisar periódicamente
piezas en servicio.
• Tipos de ensayos no destructivos:






Ensayos macroscópicos
Ensayos ópticos
Ensayos magnéticos
Ensayos eléctricos
Ensayos con ultrasonidos
Ensayos con rayos X y Gamma
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ENLACES:
• ENSAYOS UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA
TRACCIÓN
DUREZA
IMPACTO
• SIMULACIÓN ESFUERZO DE TRACCIÓN
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