Ingeniera en Mantenimiento rea Industrial

Asignatura:Ensayos destructivos

Nombre del Proyecto:Tema 3 Ensayos mecnicos estticos

Universidad Tecnolgica de QuertaroVoluntad Conocimiento Servicio

Enero de 2015ENSAYOS MECNICOS ESTTICOSSe denomina ensayo de materiales a toda prueba cuyo fin es determinar las propiedades de un material. Existen distintos ensayos, que nos darn las diferentes propiedades y caractersticas del material.Dureza Ensayos mecnicos estticos TensinCompresin

ENSAYOS DE DUREZAMide la resistencia de la superficie de un material a la penetracin de un objeto duro. Dureza Es un trmino que no se define con precisin. Dependiendo del contexto, puede presentar resistencia al rayado o penetracin y una medida cuantitativa de la resistencia del material. En general en las mediciones de macro dureza la carga aplicada es 2N. Se han inventado varios ensayos de dureza, pero las que se usan con ms frecuencia son el ensayo de RockWell y el Brinell. En estos ensayos, Se usan distintos penetradores.

Ensayo de Dureza BrinellSe comprime una esfera de acero duro, por lo general de 10mm de dimetro, contra la superficie del material. Se mide el dimetro de la impresin, que suele ser de 2 a 6 mm, y se calcula el nmero de dureza Brinell (que se abrevia HB o BHN, por sus siglas en ingls) con la siguiente ecuacin:

F = es la carga aplicada en kilogramos, D = es el dimetro del penetrador en milmetrosDi = es el dimetro de la impresin en milmetros.La dureza tiene las unidades de esfuerzo. (Es decir, Kg/mm2)

Ensayo de dureza RockWellUsa una bola de acero de pequeo dimetro, para materiales blandos, y un cono o indentador de diamante, para los materiales ms duros. La mquina de ensayo mide en forma automtica la profundidad de penetracin del indentador, la cual se convierte en un nmero de dureza RockWell (HR por sus siglas en ingles). Como no se necesita una medicin ptica de las dimensiones de la penetracin, el ensayo de RockWell tiende a ser ms frecuente que el ensayo Brinell. Se usan algunas variaciones del ensayo de RockWell, incluidas las que se describen en la siguiente tabla. Para los aceros duros, se usa el ensayo de RockWell C (HRC), mientras que para el aluminio se podra seleccionar uno como el RockWell F (HRF). Los ensayos de RockWell dan como resultado un nmero que no tiene unidades.

ENSAYOS DE TENSIN Este ensayo es utilizado para medir la resistencia de un material a una fuerza esttica o aplicada lentamente. Esta prueba consiste en alargar una probeta de ensayo por fuerza de tensin, ejercida gradualmente, con el fin de conocer ciertas propiedades mecnicas de materiales en general: su resistencia, rigidez y ductilidad. Sabiendo que los resultados del ensayo para un material dado son aplicables a todo tamao y formas de muestra, se ha establecido una prueba en la cual se aplica una fuerza de tensin sobre una probeta de forma cilndrica y tamao normalizado, que se maneja universalmente entre los ingenieros. Este ensayo se lleva a cabo a temperatura ambiente entre 10C y 35C.

El comportamiento de los distintos materiales frente al ensayo se encuentra ilustrado en la siguiente grfica. La cual muestra en forma cualitativa las curvas de esfuerzo-deformacin unitaria normales para un metal, un material termoplstico, un elastmero y un cermico. En esta figura, las escalas son cualitativas y distintas para cada material. En la prctica, las magnitudes reales de los esfuerzos y las deformaciones pueden ser muy distintas entre s.Se supone que el material plstico est arriba de su temperatura de transformacin vtrea (Tg), mientras que los materiales metlicos y termoplsticos muestran una regin inicial elstica, seguida por una regin plstica no lineal. Tambin se incluye una curva aparte para los elastmeros (es decir, hules o siliconas), ya que el comportamiento de esos materiales es distinto del de otros materiales polimricos. Para los elastmeros, una gran parte de la deformacin es elstica y no lineal. Por otra parte los cermicos y los vidrios solo muestran una regin elstica lineal y casi nunca muestran deformacin plstica a temperatura ambiente.

El Diagrama Esfuerzo Deformacin es utilizado cuando se lleva a cabo el ensayo de Tensin. Este tipo de graficas se pueden hacer con los datos calculados esfuerzo-deformacin ingenieriles, o con los datos correspondientes a esfuerzo deformacin reales.

Donde: Sced: Resistencia en el punto de cedencia. Srot: Resistencia a la rotura. Slt: Resistencia en el punto de esfuerzo ltimo.

Punto de CedenciaEs el momento en que la deformacin de la pieza, debido a la carga que se le esta aplicando, deja de ser elstica y se vuelve permanente o plstica, es decir que es el punto en el que se quita la fuerza ejercida y la probeta se devuelve a su longitud inicial. El esfuerzo inducido aplicado en el momento cuando el material llega a su punto de cedencia es en realidad la Resistencia Cedente del Material, Sced.

Mdulo de elasticidad En esta regin el material se comporta elsticamente por lo que cuando se quita la fuerza, la deformacin que haya alcanzado el material se devuelve a cero, su forma original antes de iniciar la prueba.Este se calcula segn la ley de Hooke, mediante la frmula:

lo que es lo mismo a la pendiente de dicha porcin lineal. Las unidades del mdulo de elasticidad son las mismas a las utilizadas para los esfuerzos, esto es (lb/pulg2), (N/m2) cualquier otra unidad correspondiente.

EncuellamientoDebido a las imperfecciones internas que poseen los materiales al no ser 100% homogneos ni isotrpicos (las propiedades fsicas no dependen de la direccin de observacin), el sitio del encuellamiento puede ocurrir en cualquier parte de la probeta; por este motivo se reduce su seccin central con el fin de que el encuellamiento ocurra dentro del rea demarcada de 20 mm de longitud.

Caractersticas y especificaciones de la probetaA continuacin se presentan las caractersticas y especificaciones de las probetas utilizadas en la prueba de Tensin. La probeta de ensayo se obtiene generalmente por maquinado de una muestra del producto trabajado en frio o fundido. La seccin transversal de las probetas puede ser circular, cuadrada, rectangular o en casos especiales de cualquier otra forma.Probetas proporcionales. Las probetas de ensayo cuya longitud inicial se relaciona con el rea inicial de la seccin transversal Lo = K A0, son llamadas Probetas Proporcionales. El valor adoptado internacionalmente para K es 5.65. La longitud calibrada inicial no puede ser menor de 20 mm. Cuando el rea transversal de la probeta es demasiado pequea es necesario un valor de K ms alto, de 11.3.NOTA: En nuestro caso el dimetro de la probeta utilizada para la prctica de tensin es de 6 mm. La norma internacional exige pulgada. Esto invalida la prueba desde el punto de vista de una certificacin oficial, mas no desde el punto de vista de los resultados analticos.Probetas maquinadas. Las probetas de ensayo maquinadas deben tener una curva de transicin entre los agarres de las mordazas y la longitud paralela si estas son de diferentes dimensiones. Los extremos de agarre pueden ser de cualquier forma siempre y cuando se adapten a las mordazas de la mquina. La longitud libre de las mordazas siempre debe ser mayor que la longitud inicial calibrada.Probetas no maquinadas. Si la probeta es de una longitud no calibrada, la longitud libre entre las mordazas debe ser suficiente para que las marcas calibradas queden a una distancia razonable de las mordazas. Marcacin de la longitud inicial (Lo). Para probetas proporcionales, el valor de la longitud calibrada inicial puede aproximarse al mltiplo de 5 mm ms cercano, cuidando que la diferencia entre la longitud calibrada calculada y la marcada sea menor de 10% de Lo. La longitud calibrada inicial se debe marcar con una precisin de +/- 1%. La marcacin es un aspecto fundamental, ya que al finalizar la prueba podremos medir la longitud final (Lf), y de esta forma calcular el % de elongacin el cual es dependiente de las longitudes inicial y final.

Mquina utilizada en la realizacin del ensayoLa mquina utilizada en el laboratorio para la realizacin de esta prctica es una Prensa Hidrulica. Esta mquina se utiliza para dar forma, extruir, marcar metales y para evaluar la ductilidad de ciertos materiales metlicos sometidos a grandes presiones.A continuacin se presentan las partes de esta mquina, para facilitar su comprensin.

Base fija superior e inferior. Son las dos bases que le dan la estabilidad general a la mquina, unidas mediante las dos columnas paralelas. (Ver Figura No. 8)Mesa mvil superior. Esta mesa, al ser empujada hacia arriba por el gato hidrulico, arrastra la mesa mvil inferir (por intermedio de las dos columnas mviles) y as, estira la probeta montada entre XXX mesa mvil y la base fija inferior.Gato hidrulico. El gato hidrulico al ser expandido mediante el bombeo cae la palanca, acta en un transductor de presin instalado entre su vstago y la base del manmetro. Este transductor de presin, cuyo embolo interno tiene un dimetro 56.8 mm, nos permite calcular la fuerza ejercida sobre la probeta, al leer la presin del manmetro.Calibrador vernier. Este calibrador se coloca entre la mesa mvil superior de la prensa y la base fija superior; su funcin es efectuar la medicin de la elongacin de las probetas utilizadas durante la prueba.Indicador de presin. Este indicador es un manmetro que marca la presin ejercida sobre el aceite. La presin es causada por el gato hidrulico dentro de un pistn intermedio (transductor) entre su vstago y la mesa mvil superior. Tiene dos tipos de escalas, en Psi y en Bar.Mordazas de tensin. Esta parte de la mquina se utiliza para realizar la prueba de tensin; entre estas mordazas, es colocada la probeta que tiene dos hombros que facilitan el agarre a cada una de las mordazas; las mordazas giran en su eje central y permiten ser ajustadas al tamao de la probeta en sus dos extremos; este ajuste debe hacerse cuidadosamente a mano hasta llegar a dejar fija la probeta; ambas mordazas deben ser ajustadas girndolas hacia la derecha.Clculos y frmulas utilizadas en la prcticaA continuacin se presentarn las frmulas utilizadas en la prctica y se explicarn sus variables:Clculo de la fuerza de tensin (F)Para calcular la fuerza de tensin sobre la probeta se debe considerar el rea del embolo interno sobre la cual se ejerciendo la presin medida por el manmetro de la prensa.Esto se puede representar por la siguiente frmula:

Donde: F = Fuerza que se est ejerciendo sobre la probeta, (lb). P = Presin marcada por el manmetro de la prensa, (lbs/pulg). Ae = rea del mbolo de empuje de la prensa (pulg). de = Dimetro del mbolo (pulg). (Para este caso, este dimetro es de 56.8 mm)

Clculo de la ductilidadLa ductilidad se representa por los porcentajes de elongacin o de reduccin de rea, los cuales se calculan de la siguiente manera:Porcentaje de Elongacin. El Porcentaje de Elongacin representa la distancia que la probeta se alarga plsticamente antes de la fractura:

Donde: Lo = Longitud Inicial Calibrada de la Probeta (mm). L = Longitud Elongada de la Probeta (mm).

Porcentaje de reduccin de rea. Este porcentaje tambin representa la deformacin plstica antes de la fractura:

Donde: RA = Porcentaje de reduccin de rea Ao = rea inicial de la probeta Ainst = rea instantnea de la probeta

Para calcular el rea instantnea de la probeta se puede hacer uso del principio de conservacin del volumen total de la probeta, el cual no debe cambiar a pesar de que esta se estire y como resultado se reduce su rea transversal:

Pasos para la realizacin de la prctica de tensin.A continuacin se explicar de manera detallada los pasos que se tienen que realizar para llevar a cabo con xito esta prctica:1. Realizar la medida de la longitud y el dimetro inicial de ambas probetas a utilizar en la prueba, con la ayuda de un calibrador Vernier. Es importante que se realice una marca con la ayuda de un marcador en las probetas, que indique el lugar donde se van a realizar las mediciones del dimetro y la correspondiente a la longitud inicial Lo.

2. Es importante recordar que es necesario que las mordazas se deben ajustar convenientemente con las manos, para cuando se lleve la probeta entre perfectamente y luego, se ajustan bien, manualmente. Hay que asegurarse que la probeta est alineada, es decir, que coincida con las marcas presentes en los soportes.

3. Se le coloca el seguro al gato y se comienza a bombear de modo gradual; cuando se llegue a la posicin ligeramente por encima de 0 psi, se establecer el punto inicial de la prueba, de esta manera se puede registrar en las tablas la lectura inicial del calibrador instalado en la mquina.

4. Accionar de nuevo el gato hasta lograr una lectura en el manmetro de 200 Psi. Posteriormente se procede a consignar en la tabla de toma de datos la lectura del calibrador y el dimetro de la probeta, de 200 en 200 psi.

5. Este procedimiento se repite hasta encontrar de manera experimental el punto de encuellamiento. Una vez encontrado este punto dentro de la prctica se proceder a aplicar presiones pequeas de manera lenta, para lograr con esto captar las variaciones de presiones y poder consignar de esta manera los datos en las respectivas tablas.

6. Se afloja el gato, la mesa mvil superior retorna a su posicin inicial y se aflojan las mordazas de la mquina.

7. Una vez se cuenten con todos los datos experimentales, el estudiante proceder a realizar los clculos pertinentes y de esta manera realizar el anlisis de los resultados obtenidos en la prctica.

ENSAYOS DE COMPRESIN La compresin es una presin que tiende causar una reduccin del volumen, cuando se somete un material a una fuerza de flexin, cizalladura o torsin actan simultneamente fuerzas de tensin y de compresin. Por ejemplo, cuando se flexiona una varilla, uno de sus lados se estira y el otro se comprime. El ensayo de compresin es complementario al ensayo de traccin. A travs de este ensayo es posible caracterizar las siguientes propiedades tecnolgicas:Resistencia mecnica del material, que se mide a travs del lmite de cedencia para metales y polmeros.Rigidez.-intrnseca del material, expresada por la medida del mdulo de Young.Maleabilidad del material. No existe un parmetro adecuado para la medida de esta propiedad aunque se puede utilizar el porcentaje de acortamiento o porcentaje de reduccin de la dimensin axial que es un parmetro parecido al alargamiento porcentual o fractura medido en el ensayo de traccin Tenacidad del material o energa que adsorbe hasta que se fractura, medida a travs del mdulo de tenacidad.Las caractersticas del material suelen medirse en un ensayo de compresin son la resistencia mecnica y la capacidad de deformacin plstica del material (hechurabilidad) determina normalmente en ensayos de compresin en caliente para simular procesos de hechurado en caliente como la deformacin en caliente como la laminacin en caliente, la forja o la extraccin.Descripcin secuencial del ensayo de compresin.El ensayo de compresin consiste en la aplicacin de una fuerza compresiva creciente a velocidad moderada el acordamiento o la deformacin experimentados por el material hasta la fractura o hasta obtener un determinado grado de deformacin plstica del material.La normativa prev que el ensayo de compresin se lleve a cabo con control de la deformacin al igual que ocurre en el ensayo de traccin.El ensayo de compresin permite alcanzan deformaciones muchos mayores, durante este ensayo aparecen dos limitaciones de distinta naturaleza: Pandeo: fenmeno que se produce cuando se aplican esfuerzos de compresin a un componente con elevada esbeltez. Este fenmeno tambin puede producirse cuando la fuerza no se aplica de forma estrictamente axial y tiene lugar tanto en materiales frgiles como en materiales maleables.

Abarramiento: fenmeno relacionado con la friccin que se produce en la zona de contacto entre las mandbulas del equipo y el material de ensayo, especialmente en materiales con cierta deformacin plstica. Se presenta los resultados obtenidos al ensayar la compresin probetas de fundicin de hierro de comportamiento frgil con distinta relacin entre dimensiones El esfuerzo de compresin sobre:a) componente que experimenta pandeo b) componente que experimenta abarrilamiento.

a)b)

El fin del ensayo de compresin puede ser determinar las propiedades de un material o el comportamiento de un componente o sistema completo frente a una solicitacin externa.El objetivo est orientado principalmente a la determinacin de los lmites de trabajo del elemento en cuestin: fuerza mxima, deformacin a rotura, inicio de grieta, etc.

Estos valores permitirn verificar que los diseos realizados tericamente se corresponden con los valores empricos obtenidos en una simulacin real de trabajo.Para que el ensayo se realice de forma precisa y repetitiva, se necesita una mquina de ensayo que garantice que tanto las mediciones como el control, como su comportamiento son por lo menos como lo requiere.

Bibliografa:Extraido el 26 de enero de 2015 de http://copernico.escuelaing.edu.co/lpinilla/www/protocolos/MATE/tension.pdf Ingeniera de los materiales Cuarta edicin