Ensayos Mecànicos 235

7/23/2019 Ensayos Mecnicos 235

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CIENCIA DE LOS MATERIALESINSTITUCION UNIVERSITARIA PASCUAL BRAVO

TECNOLOGIA MECANICA INDUSTRIAL

TECNOLOGIA AUTOMOTRIZDOCENTE . CARLOS MARIO CASTAEDA P


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Ensayo De Tensin

Mide la resistencia de metales y aleaciones, tambin paraotros tipos de materiales ( plsticos, cermicos,compuestos). En este ensayo una muestra de metal selleva hasta la fractura en un relativo corta intervalo de

tiempo a una velocidad constante.Norma ASTM E 8


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Ensayo De Tensin


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Deformacin Elstica

Cuando Una pieza de metal es sometida a unafuerza de tensin uniaxial, se produce unadeformacin del metal. Si el metal vuelve a susdimensiones originales cuando la fuerza cesa,se dice que el metal ha experimentado unadeformacin elstica


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Ensayo De Tensin Esfuerzo

Ecuacin

T = F/A


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Modulo De ElasticidadEs la primera parte del ensayo de tensinEl metal se deforma elsticamente. Esto es, si seelimina la carga sobre la muestra, volver a sulongitud inicial. En general los metales y aleacionesmuestran una relacin lineal entre la tensin y ladeformacin en la regin elstica en el diagramatensin deformacin

E = T(tensin) / elongacin


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Modulo de Elasticidad


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Porcentaje De Elongacin

Ecuacin

% elongacin Lf Lo/ Lo x 100


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Porcentaje de Reduccin De rea

Es Cuando se utiliza la medida de los dimetros inicialy final puede determinarse el porcentaje dereduccin de rea a partir de la ecuacin.

% reduccin de reas Ai Af / Ai x100


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Limite Elstico o Cedencia

Es la tensin a la cual un metal o aleacinmuestra deformacin plstica significativa

Debido a que no hay un punto definido

en la curva de tensin

deformacindonde acabe la deformacin elstica y sepresente la deformacin plstica se eligeel limite elstico cuando tiene lugar un

0.2% de deformacin plstica.(esfuerzo defluencia)


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Deformacin Plstica

Si el metal es deformado hasta elextremo de que no puede recuperarsecompletamente sus dimensiones

originales, se dice que ha experimentadodeformacin plstica


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Limite Elstico


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Porcentaje de Elongacin

La cantidad de elongacin que presenta una muestrabajo tensin, durante un ensayo proporciona un valorde ductilidad de un metal. La ductilidad de los metalesse expresa como el porcentaje de la elongacincomenzando con una longitud de calibracinusualmente de 2 pulg. A mayor ductilidadms deformable es el metal


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Resistencia ltima A La Traccin

Es la tensin mxima alcanzada en la curva de tensin deformacin


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Resistencia Ultima Traccin


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Ensayo De Tensin


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Unidades y Factores De Conversin

1 libra (Lb) = 4.448 newton (N) 1 psi = Lb / Pulg2

1 Pa = N / m2

1MPa = 106 N /m2 N / mm2

1GPa = 103 MPa

1 Ksi = 1000 psi = 6.895 MPa 1 MPa = 0.145 Ksi = 145psi


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Esfuerzo Deformacin Real

Se define esfuerzo real cuando el rea se modificacontinuamente mediante la ecuacin siguiente

AAp

llp

ldlnrealDeformacio

A

FalEsfuerzore

o

o

t

lglg


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Ejercicio 1Se tiene un acero 1040 que se esta sometiendo a un ensayo

de tensin y que tiene las siguientes mediciones, dimetroinicial de 0.8pulgadas, Bajo una carga de 15000Lbf y undimetro instantneo de 06 pulgadas.

Comparar la tensin ingenieril y la deformacin ingenierilcon la tensin y de formacin real del acero


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Ejercicio 2

Se tiene un acero 8620 que es sometido a un ensayo detensin que tiene como dimetro inicial de 0.7 pulgadas ylongitud de calibracin de 2 pulgadas y que en su cargamxima tiene una carga de 10000Lbf, un dimetro

instantneo de 0.5 pulgadas y una longitud instantneade 2.2 pulgadas. En la fractura tiene una carga de 7600Lbfcon un dimetro de 0.3 pulgadas y una longitudinstantnea de 3.0pulgadas.

Comparar la tensin ingenieril y la deformacin ingenierilcon la tensin y deformacin real del material


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Ensayo De Dureza

Mide la resistencia de la superficie de un material ala penetracin por un objeto duro. Hay diferentestipos de ensayos de dureza, pero las mas comunes

son los ensayos Brinell, Rockwell (A, B, C ) y Vickers.


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Durmetro


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ENSAYO DE DUREZA


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DUROMETRO PORTATIL


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INDENTADORES


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Ensayo De Dureza Brinell

Consiste en tener una esfera de acero duro ( 2.5 5.0 10 mm de dimetro), se oprime sobre la superficiedel material. Se mide el dimetro de la impresin, y se

calcula el nmero de dureza, con la siguiente ecuacin

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2 idDDD

FHB


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Dureza Brinell

F = Carga ( Kg ) D= Dimetros de la bola d= Dimetros de la huella Norma ASTM E 10


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Ensayo de Dureza Brinell

Ensayo Indentador Carga Aplicacin Escala

Brinell Bola de 10 mm

tungsteno

3000 Kg. Mat. duros 450 a 750

Bola de 10 mm 500 Kg. Mat, blandos 55 - 205

Bola de 5 mm

tungsteno

750 Kg. Mat duros 235 - 345

Bola de 2.5

mm

187.5 Kg. Mat. blandos 55 A 205


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Indentadores


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Aplicaciones

Acero estructural y otras secciones laminadas

La mayor parte de las fundiciones

Aluminio


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Ensayo De Dureza Rockwell

Se utiliza una bola de acero para materiales blandos yun cono de diamante para materiales duros. Laprofundidad de la penetracin es medidaautomticamente por el instrumento y se convierte andice de dureza de Rockwell (HR )Norma ASTM E 18


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DUREZA ROCKWELL


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Ensayo RockwellEnsayos de dureza

Ensayo Indentador Carga Escala Aplicacin

HRA Cono de diamante 60 Kg. 1 a 100 Aceros aleados

endurecidos,

HRB Bola 1/16 pulg. 100 Kg. 1 a 100 Mat blandos y

media dureza.Latones, aceros

HRC Cono de diamante

1200150 Kg. 20 100 Mat duros,

Aceros

endurecidos

HRD Cono DeDiamante 1200

100 Kg. 1 a 100 Ac. de altaresistencia

HRE Bola de 1/8 pulg. 100 Kg. 1 a 100 Mat. Bajo

Carbono

HRF Bola de 1/16 pulg. 60 Kg. 1 a 100 Aluminio, ac.

Bajo carbono


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Precargas Para La Dureza Rockwell

Rockwell A (HRA) Precarga 3 Kg. Rockwell B y C (HRB, HRC) Precarga 10 Kg.


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Aplicaciones

Herramientas de corte: sierras, cuchillas, cinceles, tijeras

Partes acabadas: cojinetes, vlvulas, tuercas, pernos,

engranes, poleas, rodillos Fundiciones y forjados

Hojas metlicas

Partes cementadas


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Correcciones de dureza Rockwell


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Ensayo De Dureza VickersEs un ensayo de microdureza, produce penetracionestan pequeas que se requiere de un microscopio paraobtener su medicin. Para medir la dureza vickers seutiliza la siguiente ecuacinHV= 1.854 P /d2

P = Carga aplicadaD = semi suma de las diagonales del romboNorma ASTM E 92


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Ensayo De Dureza VickersEste ensayo es recomendado para durezas superiores a500HB, en caso de dureza inferior se aplica dureza brinell.

Resultado de la medicin. Tipo de dureza y fuerza aplicada315HV 30


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Dureza Vickers

Ensayo Indentador Carga

(Kg. )

Aplicaciones

Vickers Diamante

piramidal

1 125 Cuchillas -

Laminas

500 Materialesmuy duros


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Dureza Vickers


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AplicacionesPartes cementadas delgadas hasta 0.010 pulg

Secciones delgadas tales como tuberas

Revestimiento como laca, barniz o pintura.


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Dureza KnoopLas cargas de prueba estn entre 1 a 1000gr, se usa un

indentador con punta de diamante alargada piramidalque produce una impresin en forma de diamante ytiene diagonales largas y cortas, presenta ngulostransversales de 130 grados. Para hallar la durezaKnoop esta dada por la siguiente ecuacin: HK=14.29L/d2

L= Carga aplicada, d= Longitud de la diagonal mayorNorma ASTM E 384


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ENSAYOS DE DUREZA


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TABLA DE EQUIVALENCIA


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TABLA DE EQUIVALENCIA


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Recomendaciones En Un Ensayo DeDureza Exactitud de la carga Superficie plana y limpia Espesor de la muestra ( 10 veces la

profundidad de la impresin) Localizacin de la muestra: Las

impresiones deben de estar al menos 2.5veces el dimetros de distancia del borde

Distancia entre huellas: Mnimo 5dimetro cuando se utilizan bolas


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Recomendaciones Para Un Ensayo deDureza Mediciones de ensayo: Para obtener una

una dureza promedio verdadera para elmaterial, es necesario tomar varias

lecturas


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Hoja De Vida Da Algunos Aceros


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Ensayo De ImpactoCuando se somete un material a un golpe sbito eintenso en el cual la velocidad de aplicacin delesfuerzo es extremadamente grande, el material puedetener un comportamiento mas frgil comparado con elque se observa en el ensayo de tensin. El ensayo de

impacto a menudo se utiliza para evaluar la fragilidad deun material bajo estas condiciones. Norma ASTM E 23


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Ensayo De Impacto


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Ensayo Charpy

Se usa una probeta con muesca en forma de U o de Vdenominados Charpy

Esta ultima es la mas usada, el valor de la energaabsorbida seda en Joules (J) o en lb pie, donde lb

pie = 1.356J.se utiliza para los aceros al carbono,aceros aleados, fundiciones.


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Ensayo Izod

Se Usa una probeta con muesca y su posicin en lamaquina va en forma voladizo. El valor de la energaabsorbida esta dada por J/m lb/pulg

lb/pie, se utiliza para materiales no metlicos (

cermicos, plsticos)


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Ensayo De Impacto


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Modulo De ResilienciaSe llama resiliencia a la habilidad de un material deabsorber energa cuando se deforma elsticamente

y devolverla cuando se descarga.

Por lo comn, esta habilidad se mide con el modulo

de resiliencia (Ur), que es la energa de deformacinpor unidad de volumen que se requiere para

esforzar al material desde una condicin de

esfuerzo cero hasta su resistencia

De fluencia, Ys .


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Modulo De ResilienciaMatemticamente, la energa de deformacin por volumenunitario para la tensin uniaxial es el rea bajo la curva deesfuerzo deformacin. De la definicin anterior deresistencia, resulta que:

Ur=

YseYse= Ys/E

Ur=1/2E (Ys )2

Una resiliencia alta es deseable en aplicaciones como

resortes mecnicos


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Temperatura de Transicin Dctil-

FrgilLa temperatura de transicin es la temperatura a lacual un material cambia de un comportamiento dctila un comportamiento frgil. Esta temperatura puede

definirse como la energa promedio entre las regionesdctil y frgil, a una energa absorbida especifica


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NORMA ASTM E208

ASTM E208 Ensayo de impacto para ver la

temperatura de transicin a ductilidad nula en

aceros frricos.

La norma ASTM E208 especifica un ensayo de impactopara determinar la temperatura de transicin a ductilidadnula (NDT) en aceros frricos de espesor mayor de 5/8pulgadas (15,9 mm). La temperatura NDT es latemperatura a la que el modo de fractura del acero pasade dctil a quebradizo.

T d T D l


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Temperatura de Transicin Dctil Frgil


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Ensayo De Flexin

En muchos materiales frgiles, no se puede efectuarcon facilidad el ensayo de tensin debido a lapresencia de defectos de superficie. A menudo, conslo colocar un material frgil en las mordazas de la

maquina de tensin este se rompe. Estos materialesse pueden probar utilizando el ensayo de flexin.Norma ASTM E 417


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Ensayo De FlexinAl aplicar la carga en tres puntos, causando flexin, acta

una fuerza que provoca una tensin sobre la superficie,opuesta al punto medio de la probeta. La fractura iniciaren este sitio. La resistencia a la flexin o modulo a laruptura est dada por la siguiente ecuacin

Resistencia a la tensin = 3FL / 2wh2


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Ensayo De Flexin


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Ensayo De Flexin

El modulo de elasticidad a la flexin o modulo enflexin se calcula en la zona elstica y est dado por lasiguiente ecuacin.

Modulo De Flexin = L3F / 4wh3


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Ensayo de Flexin

F = Carga a la fractura L = La distancia entre los dos puntos de

apoyo

W = Ancho de la probeta h = es su altura


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Ensayo de Flexin

L = La distancia entre los dos puntos deapoyo F = Carga a la fractura

W = Ancho de la probeta h = Altura = La deflexin de la viga al aplicarse una

fuerza F


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Ensayo De Flexin


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EjercicioLa resistencia a la flexin de un material compuestoreforzado con fibra de vidrio es de 45000PSI y modulo deflexin es de 180000 PSI: Una muestra que tiene de 0.5pulg de ancho, 0.375 pulg de alto y 8 pulg de largo, esta

apoyada sobre dos varillas separadas 5 pulg. Determinar lafuerza requerida para fracturar el material y la deflexin dedicha muestra al momento de la fractura.


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Ensayo De Fatiga

Estas son pruebas de tipo dinmico que determinan elcomportamiento relativo de los materiales cuando se lessomete a cargas repetidas o fluctuantes. Procura similarlas condiciones de esfuerzo desarrolladas en las partesde una maquina, por la vibracin que producen las cargascclicas. La magnitud puede establecerse con la maquinay el tipo de esfuerzo (tensin, compresin, doblamiento

o torsin). La Norma ASTM E 206


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Ensayo de FatigaEl Esfuerzo cclico puede ocurrir como resultado derotacin , flexin o vibracin. Aun cuando el esfuerzo estpor debajo del limite elstico, el material pude fallardespus de numerosas aplicaciones de dicho esfuerzo .Este tipo de falla se conoce como Fatiga.


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Resultados Del ensayo De FatigaEl ensayo de fatiga dice el tiempo nmero de ciclos queresistir una pieza, o la carga mxima permisible que sepuede aplicar para prevenir la falla del componente.

El esfuerzo limite para fatiga, definido como el esfuerzopor debajo del cual existe una probabilidad del 50% de queocurrir falla por fatiga


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Resultados Del Ensayo De FatigaLa vida a fatiga indica cunto resiste un componente a unesfuerzo en particular. Por ejemplo, si el acero gradoherramienta se somete en forma cclica a un esfuerzo de

90000 psi, la vida a fatiga ser de 100000 ciclos.La resistencia a la fatiga es el esfuerzo mximo con el cualno ocurrir fatiga en un nmero particular de ciclos


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Esfuerzos Ciclicos


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Causas De Falla Por Fatiga

Concentraciones de esfuerzos: Los aumentosde esfuerzos pueden consistir en clavijas,perforaciones o regiones roscadas. Cualquiertipo de muesca o discontinuidad o ngulos

agudos. Esfuerzos residuales: Con frecuencia quedan

esfuerzos residuales por endurecimiento por

deformacin de un material que ha tenido unadeformacin plstica durante su procesamiento

Anlisis De Las Causas Que Producen


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Anlisis De Las Causas Que ProducenFallas

Cuanto tiempo estuvo la pieza enfuncionamiento?

Cual era la naturaleza de los esfuerzosaplicados a la pieza en el momento en que seprodujo la falla?

Estuvo la pieza sometida a una sobrecarga? Se instal adecuadamente la pieza?


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Causas De Fallas Por Fatiga

Discontinuidades superficiales Mal diseo Orificios en la pieza Mal tratamiento trmico Falla de penetracin que contribuyen a

incrementar los esfuerzos Mala escogencia del material


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Causas De Fallas Por Fatiga

Factores microestructurales Factores del medio ambiente ( corrosin

)

Mtodo Para Mejorar La Resistencia a


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Mtodo Para Mejorar La Resistencia aLa Fatiga

Mejoramiento de Diseo Endurecimiento superficial (cementacin,

nitruracin) Tratamiento superficial ( Granallado o

perdigonado ) Seleccin del material Mejoramiento y la modificacin de los

mtodos de elaboracin Galvanizado en fro o en caliente


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Ensayo De Fatiga


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Grafico Esfuerzo Nmero De

Ciclos


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Preguntas De Anlisis de Falla

Fue la fractura Dctil, frgil o combinacinde las dos?

Empez la falla en la superficie o por

debajo de ella? Empez la falla en un punto , o se origin

en varios puntos

Empez la fisura recientemente, o habaestado creciendo por un tiempo largo?

A li i D F ll


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Anlisis De Falla

Estuvo sometida a servicio Excesivo? Hubo algunos cambios en el ambiente? Tuvo la pieza un mantenimiento

adecuado?

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