Clasificacion de Ensayos

5/16/2018 Clasificacion de Ensayos - slidepdf.com

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Osvaldo González RuizProcesos Industriales2do “a” Se denomina ensayo de materiales a toda prueba cuyo fin es determinar las propiedades mecánicasde un material.

CLASIFICACIÓN DE ENSAYOS· Según la rigurosidad del ensayo:

Ensayos científicos: se obtienen resultados que se refieren a los valores numéricos de ciertas magnitudesfísicas. Son ensayos que permiten obtener valores precisos y reproducibles de las propiedadesensayadas. Un ejemplo de ensayo científico es el ensayo de tracción, en el que se obtiene la resistenciaa la tracción, expresada en kp/mm2.

Ensayos tecnológicos: se utilizan para comprobar si las propiedades de un determinado material o deuna pieza son adecuadas para una cierta utilidad o si éstas son las que se presuponen. Ejemplos deensayos tecnológicos son las pruebas de caída, las de maleabilidad para un material de forja, o la

prueba de flexión alternativa en alambres, en que se cuenta el número de veces que una pieza dealambre se puede doblar alternativamente sin que se rompa.

· Según la naturaleza del ensayo:

Ensayos químicos: permiten conocer la composición, tanto cualitativa como cuantitativa, del material,la naturaleza del enlace químico o la estabilidad del material en presencia de líquidos o gasescorrosivos.

Ensayos metalográficos: consisten en analizar la estructura interna del material mediante unmicroscopio.

Ensayos físicos: se cuantifican, por ejemplo, la densidad, el punto de fusión, el punto de ebullición, laconductividad eléctrica o térmica, etc.

Ensayos mecánicos, mediante los que se determina la resistencia del material cuando se somete adistintos esfuerzos. Entre estos ensayos se encuentran los de tracción, dureza, choque, fatiga o diversosensayos tecnológicos. En ellos, precisamente haremos hincapié a lo largo de esta Unidad didáctica.

· Según la utilidad de la pieza después de ser sometida al ensayo:

Ensayos destructivos: se produce la rotura o un daño sustancial en la estructura del material. Sonensayos destructivos, por ejemplo, los ensayos mecánicos de tracción o de dureza; los ensayos físicos,tales como la determinación de los puntos de fusión o de ebullición, o el ensayo químico frente a la

corrosión.

Ensayos no destructivos: se analizan las grietas o defectos internos de una determinada pieza sin teneren cuenta las propiedades del material de que está compuesta y sin dañar su estructura. Comoejemplos de ensayos no destructivos se pueden citar los análisis por rayos X o por ultrasonidos.Estrictamente estos métodos no pertenecen al grupo de ensayo de materiales, ya que aquí únicamentese analizan los defectos en una pieza concreta. Por otra parte, existen ensayos cuya inclusión en unocualquiera de estos dos tipos resulta dudosa, como, por ejemplo, el ensayo de estanqueidad en tubos,ya que no está claro si deteriora o no la estructura del material.



Osvaldo González RuizProcesos Industriales2do “a” · Según la velocidad de aplicación de las fuerzas:

Ensayos estáticos: la velocidad de aplicación de las fuerzas al material no influye en el resultado delensayo. En algunos de ellos, como en el de tracción, la velocidad de aplicación de la fuerza se mantienepor debajo de un cierto límite para que el ensayo sea estático.

Ensayos dinámicos: la velocidad de aplicación de las fuerzas juega un papel decisivo en el ensayo. Unejemplo de este tipo es el ensayo de flexión por choque.

TIPOS DE ENSAYO

· Ensayo de Tracción:

Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectúan ensayospara medir su comportamiento en distintas situaciones. El ensayo destructivomás importante es el ensayo de tracción, en donde se coloca una probeta enuna máquina de ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otra móvil. Seprocede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordazamóvil.

Ensayo Rockwell:Se aplica a materiales más duros que la escala Brinell. En este ensayo se usanpenetradores de carburo de tungsteno como bolas de 1/16 de pulgada, 1/8, ¼ y½ de pulgada, este ultimo para materiales más blandos y en cono de diamantecuyo ángulo en la base es de 120º.Ensayo Rockewell b. Diseñado para materiales de dureza intermedia como aceros de medio y bajocarbono. Su indentador es la bola de 1/16 de pulgada, cuya carga es de 100 kilogramos. Su escala vade 40 a 100 rb.

Ensayo Rockewell c.se emplea en materiales más duros que 100 rb. El funcionamiento de este ensayo escomo sigue: el observador primero acciona una palanca que presiona el cono de diamante a una

pequeña distancia establecida dentro de la probeta. Esto se conoce como la "precarga"(10 kg|). Enseguida, se deja actuar la carga rc normalizada de 150 kilogramos, que presiona aun más el diamantedentro de la probeta. Luego, con la misma palanca se quita la carga. En este momento se lee ladureza rc en la escala y luego, se descarga la palanca. El principio de este ensayo, está en que a travésde un sistema de palancas se registra en la escala la profundidad de penetración entre la precarga y lacarga de 150 kilogramos y se lee directamente en rc.

Ensayo vickers:Llamado el ensayo universal. Sus cargas van de 5 a 125 kilogramos (de cinco en cinco). Su penetradores pirámide de diamante con un ángulo base de 136º. Se emplea vickers para laminas tan delgadascomo 0.006 pulgadas y no se lee directamente en la maquina. Para determinar el número de durezase aplica la siguiente fórmula:hv= 1.854*p / d2

Este ensayo constituye una mejora al ensayo de Brinell. Se presiona el indentador contra una probeta,bajo cargas más livianas que las utilizadas en el ensayo Brinell. Se miden las diagonales dé la impresióncuadrada y se halla el promedio para aplicar la formula antes mencionada.



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Ensayos de resistencia al impacto

Ensayo de tracción por choque

Una forma de medir la tenacidad de los materiales consiste en realizar un ensayo de tracción simple enel que la velocidad de aplicación de la fuerza sea alta. El área comprendida entre la curva deesfuerzos y el eje de abscisas representa el trabajo necesario para romper a tracción el material y estetrabajo dividido Por el volumen de la probeta utilizada en el ensayo proporciona una medida de sutenacidad al impacto. Este tipo de ensayos es poco frecuente, ya que la preparación de las probetasresulta más cara que en el caso de los ensayos de flexión por choque.

Ensayo de flexión por choque

Entre los ensayos de flexión por choque, el más utilizado es el ensayo-de resiliencia, conocido tambiéncomo ensayo Charpy, en el que se dispone, por lo general, de una probeta de sección cuadrada (10 x 10mm) y de 55 mm de longitud, en la que se ha realizado una entalla de 2 mm de profundidad enforma de U o de V en la parte central con un fondo cilíndrico de 0,25 mm de radio. El ensayo consisteen golpear la probeta por el lado_ opuesto a la entalla con un péndulo que se deja caer librementedesde una cierta altura.

Ensayo de fatiga:

En la mayoría de los casos, los elementos de máquinas quedan sometidos a una acción dinámica dedirección e intensidad variables y se ha comprobado que muchos elementos sometidos largo tiempo aesfuerzos variables se fracturan básicamente, sin causar deformaciones permanentes visibles con cargasmás bajas que las que producirían en rotura por esfuerzos estáticos. Definición: rotura por fatiga se dacomo consecuencia de esfuerzos repetidos y variables debiéndose a un desmemizamiento de laestructura cristalina, con el consiguiente deslizamiento progresivo de los cristales, con producción de

calor.

El aspecto de las piezas rotas por fatiga presenta en su superficie de rotura dos zonas característicasque son:

- una zona lisa, de estructura finísima y brillante: la rotura por fatiga se da después de un periodorelativamente largo.

- una zona de cristales grandes, o de estructura fibrosa: cuando la rotura por fatiga se dainstantáneamente debido a la disminución de sección.

Las circunstancias que influyen en la rotura por fatiga de un material metálico son:

- estado de la superficie: el estado de esta tiene gran importancia sobre la rotura por fatiga.

- variaciones de sección: el límite de fatiga se reduce por los cambios bruscos de sección no acordadoscon radios amplios, entalladuras de cualquier otra clase.

- temperatura: en casi todos los materiales metálicos el aumento de temperatura por encima de ciertovalor, disminuye el límite de fatiga.



Osvaldo González RuizProcesos Industriales2do “a” - tratamientos térmicos: las tensiones internas provocadas por tratamientos térmicos, crean localizaciónde esfuerzos que pueden originar fisuras.

- homogeneidad de la estructura cristalina: cuando la estructura no es homogénea puede suceder quelos cristales más pequeñas, se acuñen entre las más grandes, originando fisuras y la consiguientedisminución de sección.

- corrosión: cuando la corrosión existe no tiene tanto problema., pero si va actuando, cada punto decorrosión se convierte como si fuera una entalle rebajando notablemente el límite de fatiga.

Ensayo de compresión:

CompresiónEl ensayo de compresión es poco frecuente en los metales y consiste en aplicar a la probeta, en ladirección de su eje longitudinal, una carga estática que tiende a provocar un acortamiento de lamisma y cuyo valor se irá incrementando hasta la rotura o suspensión del ensayo.El diagrama obtenido en un ensayo de compresión presenta para los aceros, al igual que el de tracciónun periodo elástico y otro plástico.

Ensayo de Resilencia. Ensayo de Charpy:

Hasta ahora, sólo se ha hecho mención a la resistencia de los materiales (principalmente acero) cuandoestos se ven solicitados a esfuerzos de tracción. Existen otros ensayos destructivos que permiten evaluarla resistencia del material frente, por ejemplo, al impacto (o resiliencia ). El ensayo Charpy permitecalcular cuánta energía logra disipar una probeta al ser golpeada por un pesado péndulo en caídalibre. El ensayo entrega valores en Joules, y éstos pueden diferir fuertemente a diferentes temperaturas.

Probetas de un ensayo de impacto

El ensayo de impacto consiste en dejar caer un pesado péndulo, el cual a su paso golpea una probeta

que tiene forma paralelepípeda ubicada en la base de la máquina.La probeta posee un entalle estándar para facilitar el inicio de la fisura; este entalle recibe el nombrede V-Notch. Luego de golpear la probeta, el péndulo sigue su camino alcanzando una cierta alturaque depende de la cantidad de energía disipada al golpear. Las probetas que fallan en forma frágil serompen en dos mitades, en cambio aquellas con mayor ductilidad se doblan sin romperse. Estecomportamiento es muy dependiente de la temperatura y la composición química, esto obliga arealizar el ensayo con probetas a distinta temperatura, para evaluar la existencia de una"temperatura de transición dúctil-frágil". Este ensayo se lleva a un gráfico en donde se puede apreciarun fuerte cambio en la energía disipada para algunos aceros de bajo carbono. Mientras que el níquelno muestra una variación notable.

Ensayos con radiografía

En las pruebas radiográficas se utilizan las características de transmisión y absorción de un materialpara producir una imagen visual de las fallas dentro de un material. Existen varias condiciones parautilizar la técnica radiográfica:

1. Se requiere en una fuente de radiación penetrante. La más común son los rayos x emitidos por unobjeto de tungsteno, pero ocasionalmente se necesitan rayos gama o neutrones.



Osvaldo González RuizProcesos Industriales2do “a” 2. Se necesita un sistema de detección. Normalmente se utiliza una película especial para detectar laradiación transmitida a través del material. Otros detectores incluyen pantallas fluorescentes,contadores geiger y xerografía.

3. La falla o discontinuidad dentro del material debe tener una característica de absorción distinta almaterial mismo.

En la radiografía por rayos x, un tubo de rayos x es la fuente de la radiación. Se emiten electrones apartir de un cátodo de filamento de tungsteno que se acelera a un voltaje alto hacia un material deánodo que también es de tungsteno. El haz excita electrones en las capas interiores del objetivo detungsteno, emitiéndose un espectro continuo de rayos x al regresar los electrones a sus estados deequilibrio. Los rayos x emitidos se dirigen hacia material a revisar. Una pequeña fracción de rayos x estransmitida a través del material para exponer en la película.

Pruebas ultrasónicas

Un material puede, a la vez, transmitir y reflejar ondas elásticas. Un transductor ultrasónico hecho decuarzo, 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. Lospulsos crean una onda de deformación por compresión, que se propaga a través del material. La ondaelástica se transmita a través del material a una velocidad que depende del módulo de elasticidad yde la densidad del mismo. En el caso de una barra delgada.

Inspección con partículas magnéticas

Las discontinuidades cerca de la superficie los materiales ferromagnéticos se pueden detectar mediantepruebas con partículas magnéticas. Se induce un campo magnético en el material a probarproduciendo líneas de flujo. Si en el material está presente alguna discontinuidad, la reducción enpermeabilidad magnética del material debida a la discontinuidad altera la densidad de flujo delcampo magnético. Las fugas de las líneas de flujo hacia la atmósfera circundante crean polos norte y

locales, que atraen partículas de polvo magnético. Para un mejor movimiento, las partículas sepueden agregar en seco o en un fluido como agua o aceite ligero. También, para ayudar detección,pueden teñirse o recubrirse de un material fluorescente.

Pruebas con corrientes de Eddy

Las pruebas con corrientes de Eddy se basan en la interacción entre el material y un campoelectromagnético. Una corriente alterna fluyendo a través de una bobina conductora produce uncampo electromagnético. Si cerca o dentro de la bobina se coloca un material conductor el campo dela bobina inducirá corrientes de Eddy y campos electromagnéticos adicionales en la muestra, corrientesque a su vez interactuarán con el campo original de la bobina. Midiendo el efecto de la muestra sobrela bobina, se podrán detectar cambios en conductividad eléctrica o en permeabilidad magnética de lamuestra, generados por diferencias en composición, microestructura y propiedades. Dado que lasdiscontinuidades de la muestra alterarán los campos electromagnéticos, es posible detectar defectospotencialmente dañinos. Mediante esta prueba incluso pudieran detectarse cambios en las dimensioneso en el espesor de los recubrimientos de una muestra.

Las pruebas con corrientes de Eddy, igual que la inspección con partículas magnéticas, son másadecuadas para detectar defectos cerca de la superficie de una muestra. Particularmente a altasfrecuencias, las corrientes de Eddy no penetran profundamente debajo de la superficie.



Osvaldo González RuizProcesos Industriales2do “a” La prueba con corrientes de Eddy es particularmente rápida en comparación con la mayor parte delas demás técnicas de prueba no destructivas. Por tanto, gran cantidad de piezas pueden probarserápida y económicamente. A menudo la prueba con corriente de Eddy se toma como una prueba de"Pasa o No Pasa" estandarizada con piezas en buen estado. Si la interacción entre bobina y pieza es lamisma que cuando se prueban otras muestras, se puede suponer que éstas son de buena calidad.

Inspección por líquido penetrante

Mediante la inspección con líquido penetrante o técnica de tinte penetrante, pueden detectarsediscontinuidades como grietas que entran en la superficie. Un tinte líquido es atraído por acción capilarhacia una grieta delgada, que de otra manera resultaría invisible. Hay cuatro etapas en este proceso.La superficie primero se limpia completamente; se rocía sobre ella un tinte líquido y se le deja duranteun periodo durante el cual el tinte es atraído hacia cualquier discontinuidad superficial. La tintaexcedente entonces se limpia retirándola de la superficie del metal. Finalmente, sobre ésta se rocía unasolución reveladora, la cual reacciona con cualquier tinte que haya quedado y extrayendo el de lasgrietas. Entonces la pintura ya puede ser observada, debido a los cambios de color del revelador oporque se vuelve fluorescente bajo luz ultravioleta.

Termografía

Generalmente las imperfecciones en un material alteran la velocidad de flujo térmico a su alrededor,generando gradientes de alta temperatura, es decir puntos calientes. En la termografía, a la superficiede un material se le aplica un recubrimiento sensible a la temperatura, a continuación el material escalentado uniformemente y luego enfriado. La temperatura es más elevada cerca de unaimperfección que en otros sitios; por tanto, el color del recubrimiento en este punto será distinto yfácilmente detectado. Se puede utilizar una gran diversidad de recubrimientos. Comúnmente se usanpinturas y papeles sensibles al calor; compuestos orgánicos o fósforos que producen luz visible al serexcitados por radiaciones infrarrojas; y materiales orgánicos cristalinos, conocidos como cristales líquidos.

Un uso importante de la termografía es la detección de uniones pobres o de laminación de monocapaso cintas individuales, que forman muchas estructuras de materiales compuestos reforzados con fibras,particularmente en la industria aeroespacial.

Inspección por emisión acústica

Asociada con muchos fenómenos microscópicos, como el crecimiento de una grieta o transformacionesde fase, aparece una liberación de energía de esfuerzo en forma de ondas de esfuerzo elásticas de altafrecuencia, de manera muy similar a las producidas durante un terremoto. En la prueba por emisiónacústica, se aplica un esfuerzo inferior al esfuerzo de cedencia nominal del material. Debido aconcentraciones de esfuerzo en el extremo de alguna grieta ya existente, ésta puede ampliarse,liberando la energía de esfuerzo que rodea el extremo de la grieta. La onda de esfuerzo elásticoasociado con el movimiento de la grieta puede ser detectada por un sensor piezoeléctrico, yposteriormente amplificada y analizada. Mediante esta técnica se pueden detectar grietas tan

pequeñas como de 10-6 pulgadas de largo. Utilizando varios sensores simultáneos, es posible tambiéndeterminar la ubicación de la grieta.

Es posible utilizar la prueba de emisión acústica para todos los materiales, Se utiliza para detectarmicrogrietas en componentes de aluminio de aeronaves, aún antes que éstas sean lo suficientementegrandes para poner en peligro la seguridad de la aeronave. Se pueden detectar grietas en polímeros ycerámicos. La prueba detectará la ruptura de las fibras en materiales compuestos reforzados confibras, así como la falta de unión entre fibras y matriz.

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