ENSAYO DE MATERIALES

Los materiales de interés tecnológico se someten a una variedad de ensayospara conocer sus propiedades. Se simulan las condiciones de trabajo real y su estudia su aplicación.

Según la rigurosidad del ensayo, pueden ser:

a) Ensayos científicos: De gran precisión, fidelidad y sensibilidad. Tratan de extraer valores de ciertas magnitudes físicas. Ej: densidad

b) Ensayos tecnológicos: Se utilizan para comprobar si las propiedades de un determinado material son adecuadas para una cierta utilidad. Son rápidos y simples.

Según la naturaleza del ensayo:

a) Ensayos químicos: Para conocer la composición química (cualitativa y cuantitativa) así como su comportamiento ante agentes químicos.

b) Ensayos físicos: Se trata de determinar propiedades físicas (densidad,Conductividad eléctrica)

c) Ensayos metalográficos: Consiste en analizar la estructura interna del material al microscopio.

d) d) Ensayos mecánicos: Determina la resistencia y elasticidad material cuando se somete a diferentes esfuerzos (tracción, compresión, flexión)

Según la utilidad de la pieza:

a) Ensayos destructivos: Los materiales sometidos a ensayo sufren rotura o daño en su estructura.

b) Ensayos no destructivos: No se daña la estructura ni sufre deformación, aunque se analizan los defectos que puedan ocasionarse.

ENSAYO A TRACCION

El ensayo de tracción es uno de los más importantes para determinar las propiedades mecánicas de los materiales.

El ensayo consiste en someter una pieza de forma cilíndrica o prismática deDimensiones normalizadas (estándar) a un esfuerzo de tracción continuo (tendencia a estirar el material). Esta pieza se llama probeta.

Diagrama tensión-deformación unitaria.

Las deformaciones elásticas se caracterizan porque las mismas desaparecen completamente si se elimina las cargas que las produjeron. En otras palabras, un cuerpo deformado elásticamente recupera totalmente su forma original cuando es descargado. Por otra parte, las deformaciones elásticas son reversibles, es decir las mismas dependen únicamente de las tensiones actuantes, siendo independientes de la historia de la deformación. Por el contrario, si un cuerpo experimenta deformaciones irreversibles, decimos que las mismas son inelásticas. En particular, si como consecuencia de la deformación irreversible resultan deformaciones permanentes una vez removida la carga, se dice que el cuerpo ha sufrido deformación plástica. Muchos de los aspectos básicos de la plasticidad pueden ser introducidos mediante la consideración del diagrama tensión-deformación específica (o unitaria) correspondiente a un ensayo de tracción uniaxial de una barra prismática de sección constante, del tipo ilustrado en la Fig. 3.1.

En el diagrama anterior, la tensión σ corresponde a lo que se denomina tensión convencional o ingenieril, definida como la fuerza aplicada sobre la sección inicial de la barra, es decir

Donde: Ao es la sección inicial de la barra y F la fuerza aplicada.

La deformación específica o unitaria de la Fig. 3.1 corresponde a lo que se denomina deformación convencional o ingenieril, definida como

Donde: L es la longitud instantánea de la barra y Lo su longitud inicial.

Tensión límite de elasticidad. zona elástica: el punto a (1) de la gráfica nos indica el final de la proporcionalidad directa entre tensiones y deformaciones. Hasta este punto, todas las deformaciones habidas son elásticas. A este punto se la llama LIMITE DE ELASTICIDAD y a la tensión correspondiente se le llama TENSION LIMITE DE ELASTICIDAD o simplemente COEFICIENTE DE ELASTICIDAD.

Hasta el límite de elasticidad los materiales recuperan su forma y dimensiones iniciales si cesa la fuerza que provoca las deformaciones.

Dentro de la zona elástica se cumple la LEY DE HOOKE: “Las deformaciones provocadas a un material son directamente proporcionales al esfuerzo aplicado”, lo que puede expresarse matemáticamente de la siguiente forma:

Al valor de E se le llama MODULO DE ELASTICIDAD o MODULO DE YOUNG y es un valor característico de cada material (se encuentra en tablas) .

Para el acero tiene un valor: E=2.100.000 Kgf/cm2.

Para el acero común de construcción el limite elástico tiene un valor aproximado e= 2.500 a 3.000 Kgf/cm2. (235 a 355 N/mm2)

ZONA PLASTICA: a partir del límite elástico el material se deforma rápidamente de forma plástica, no recuperando la forma inicial si cesa la fuerza (queda en parte deformado permanentemente).

Para el acero común de construcción suele ser R= 5.000 a 6.000 Kgf/cm2. (360 a 470 N/mm2)

COEFICIENTE DE TRABAJO: para el cálculo y diseño de elementos resistentes se determina que los materiales trabajen siempre a esfuerzos inferiores al límite elástico. A esta tensión de cálculo o tensión máxima que se pretende que sufran los materiales cuando trabajan se le llama TENSION o COEFICIENTE DE TRABAJO.

COEFICIENTE DE SEGURIDAD1: Es la relación que hay entre la tensión de rotura y la de trabajo.

PRACTICA DE LABORATORIO EL conocimiento de las propiedades de los materiales utilizados en Ingeniería es un aspecto fundamental para el diseñador en su propósito de desarrollar las mejores soluciones a las diversas situaciones que se presentan en su cotidiano quehacer. La realización correcta de ensayos en los materiales, nos permite conocer su comportamiento ante diferentes circunstancias, aligual que la determinación de sus propiedades fundamentales.

En este laboratorio analizaremos el comportamiento del acero al ser sometido a un esfuerzo de tensión uniaxial. El ensayo se realiza en una Máquina Universal De Ensayos (REF. UH 50-A Shimatzu) y la operación consiste en someter una

probeta a una carga uniaxial gradualmente creciente (es decir, estática) hasta que ocurra la falla.

PROCEDIMIENTO

a. Medición de la probeta: Antes de comenzar a realizar los ensayos de tensión se deben tomar las respectivas medidas dimensionales de las probetas. Este procedimiento de medición es efectuado con un gran cuidado y debe implementarse la correcta utilización del Calibrador "pie de rey", y la regla un instrumento de medición de vital importancia para tomar el valor de nuestros datos.

Para tomar las medidas de nuestras probetas utilizaremos las unidades del sistema métrico internacional (SI) expresando dichas medidas en milímetros (mm). Es muy importante ser bastante cuidadosos en la toma de estas medidas ya que después de someter las probetas a los ensayos de tensión se van a ser unas comparaciones finales, tanto en la longitud de la probeta como el diámetro de la misma. b. Programación y puesta a punto de la maquina universal de ensayos: Paso siguiente con la ayuda del encargado le laboratorio o el docente procedemos a calibrar y programar el software de la maquina universal para poder realizar el ensayo de tensión según los parámetros establecidos; Para poder realizar esto tenemos que reconocer y manejar unos conceptos básicos de servirán como datos de entrada y mecanismo de cálculo para la maquina universal como son:

1. Deformaciones elásticas: en esta zona las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. Ley de Hooke: Aplica solamente a la zona elástica de los materiales y dice que el esfuerzo axial (σ) es directamente proporcional a la deformación unitaria axial (ξ) y que la constante de proporcionalidad entre los dos es el módulo de elasticidad (E).

2. Fluencia o cadencia: Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada.

3. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente.

4. Estricción: Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por ese zona.

. Porcentaje de elongación (estiramiento):

La cantidad de elongación que presenta una muestra bajo tensión durante un ensayo proporciona un valor de la ductilidad de un material. La ductilidad de los materiales comúnmente se expresa como porcentaje de la elongación.

6. Porcentaje de reducción de Área: Este parámetro también da una idea acerca de la ductilidad del material. Utilizando la medida de los diámetros inicial y final, puede determinarse el porcentaje de reducción en el área a partir de la ecuación