ENSAYOS MECÁNICOS

DEFINA PROPIEDADES MECÁNICAS

Son aquellas propiedades de los sólidos que se manifiestan cuando aplicamos una fuerza. Las

propiedades mecánicas de los materiales se refieren a la capacidad de los mismos de resistir

acciones de cargas; es decir, describen la forma en que un material soporta fuerzas aplicadas,

incluyendo fuerzas de tensión, compresión, impacto, cíclicas o de fatiga, o fuerzas a altas

temperaturas.

DUREZA POR REBOTE O ELÁSTICA, INDIQUE:

EN QUE CONSISTE EL ENSAYO:

Este ensayo se basa en la reacción elástica que se produce al dejar caer un penetrador con

forma de casquete esférico sobre el material a ensayar. Según la dureza del material se produce una

reacción elástica que se traduce luego en unas tablas. En este ensayo, la carga se aplica en forma de

impacto. En general el indentador es lanzado sobre la superficie a ensayar con energía conocida y el

valor de dureza se obtiene a partir de la energía de rebote del penetrador luego de impactar en la

muestra. Los métodos utilizados para este ensayo son: el de Shore y el de Leeb

EQUIPO UTILIZADO (DESCRIBA EL DISPOSITIVO)

Este tipo de ensayo se utiliza dos tipos de equipos: El Esclerómetro Shore y el Duroscopio.

En el Esclerómetro Shore, el martillo cae desde una altura h0 sobre la pieza y retrocede a la

altura h1. Para facilitar la perpendicularidad en la caída, el martillo se desliza sin rozamiento en el

interior de un tubo. El valor h1 se define como la dureza Shore. El aparato esta formado por un tubo

de cristal de 300 mm. De altura, por cuyo interior cae un martillo con punta de diamante redondeada

de 2,36 gr. La altura de la caída es de 254 mm. y la escala está dividida en 140 divisiones

En el Duroscopio, Se basa en la reacción elástica que se produce al dejar caer un penetrador

con forma de casquete esférico sobre el material a ensayar.

Según la dureza del material se produce una reacción elástica en forma de ángulo q que se

traduce luego en unas tablas. A mayor dureza mayor ángulo y viceversa. El ángulo incial será de 70°,

se deja caer y luego se mide al ángulo de rebote.

DUREZA POR PENETRACIÓN O INDENTACIÓN, INDIQUE:

EN QUÉ CONSISTE EL ENSAYO: Este ensayo consiste en que un indentador se presiona

contra la superficie de la muestra a ensayar con una carga; cuya carga se aplica en forma

relativamente lenta. En general la medida de dureza en este tipo de ensayo resulta del cociente de la

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carga aplicada y el área de la huella que deja el indentador en la superficie. En este tipo de ensayo la

carga se aplica en forma estática o cuasi-estática.

CUÁLES SON LOS MÉTODOS MÁS UTILIZADOS:

Los métodos más usados por dureza de penetración son:

Dureza Brinell (HB): Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de wolframio.

Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos

de 6 mm de espesor. Estima resistencia a tracción.

Dureza Knoop (HK): Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la

profundidad de señales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de

diamante al que se le ejerce una fuerza estándar.

Dureza Rockwell (HR): Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de

acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo

tipo de materiales. La dureza se determina en función del grado de penetración de la pieza a

ensayar a causa de la acción del penetrador bajo una carga estática dada.

Dureza Vickers (HV): Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide

cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell.

Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2 mm de

espesor.

DESCRIBA BREVEMENTE EL PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL ENSAYO DE

DUREZA ROCKWELL (HR).

El método se basa en la medición de la profundidad de penetración de una determinada

herramienta bajo la acción de una carga prefijada. El método puede utilizar diferentes penetradores

siendo éstos esferas de acero templado de diferentes diámetros o conos de diamante. Se determina

la dureza en función de la profundidad de la huella. Las cargas se aplican en dos tiempos; primero se

aplica la carga previa y posteriormente el resto de la carga. A partir de introducir la carga adicional se

mide la dureza.

El ensayo consiste en disponer un material con una superficie plana en la base de la máquina.

Se le aplica una precarga menor de 10 kg, básicamente para eliminar la deformación elástica y

obtener un resultado mucho más preciso. Luego se le aplica durante unos 15 segundos un esfuerzo

que varía desde 60 a 150 kgf a compresión. Se desaplica la carga y mediante un durómetro Rockwell

se obtiene el valor de la dureza directamente en la pantalla, el cual varía de forma proporcional con el

tipo de material que se utilice. También se puede encontrar la profundidad de la penetración con los

valores obtenidos del durómetro si se conoce el material.

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Para no cometer errores muy grandes el espesor de la probeta del material en cuestión debe

ser al menos diez veces la profundidad de la huella. También decir que los valores por debajo de 20 y

por encima de 100 normalmente son muy imprecisos y debería hacerse un cambio de escala.

EXPLIQUE ¿CUÁLES SON LAS PROPIEDADES MECÁNICAS QUE SE EVALÚAN CON EL

ENSAYO DE TRACCIÓN?

El ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta normalizada a un

esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la

resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente.

En el ensayo a la tracción se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos

puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se representa gráficamente

en función de la tensión (carga aplicada dividida por la sección de la probeta). En general, la curva

tensión-deformación así obtenida presenta cuatro zonas diferenciadas:

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

(recuperación elástica (1)). El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se

denomina módulo de elasticidad (2) o de Young y es característico del material. La tensión más

elevada que se alcanza en esta región se denomina límite de fluencia (yield point) y es el que marca

la aparición de este fenómeno.

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

El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las

dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el

material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones

produciéndose la deformación bruscamente. La deformación en este caso también se distribuye

uniformemente a lo largo de la probeta pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado

liberar las dislocaciones. No todos los materiales presentan este fenómeno, en cuyo caso la transición

entre la deformación elástica y plástica del material no se aprecia de forma clara.

3. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo

parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las deformaciones en esta región

son más acusadas que en la zona elástica.

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 esa zona. La

estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación; realmente las tensiones

no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada

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(creciente) entre la sección inicial y cuando se produce la estricción la sección disminuye, efecto que

no se tiene en cuenta en la representación gráfica.

¿COMO SE REALIZA EL ENSAYO DE IMPACTO?

La tenacidad es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber antes

de fracturar. Evalúa la habilidad de un material de soportar un impacto sin fracturarse.

Esta propiedad se valora mediante una prueba sencilla en una máquina de ensayos de

impacto. Hay dos métodos diferentes para evaluar esta propiedad. Se denominan ensayos de Charpy

y ensayo de Izod. La diferencia entre los dos radica en la forma como se posiciona la muestra. La

probeta que se utiliza para ambos ensayos es una barra de sección transversal cuadrada dentro de la

cual se ha realizado una talla en forma de V. Esta probeta se sostiene mediante mordazas paralelas

que se localizan de forma horizontal en el ensayo tipo Charpy y de forma vertical en el ensayo tipo

Izod.

Se lanza un pesado péndulo desde una altura h conocida, este péndulo golpea la muestra al

descender y la fractura. Si se conoce la masa del péndulo y la diferencia entre la altura final e inicial,

se puede calcular la energía absorbida por la fractura.

El ensayo de impacto genera datos útiles cuantitativos en cuanto a la resistencia del material

al impacto. Sin embargo, no proporcionan datos adecuados para el diseño de secciones de

materiales que contengan grietas o defectos. Este tipo de datos se obtiene desde la disciplina de la

Mecánica de la Fractura, en la cual se realizan estudios teóricos y experimentales de la fractura de

materiales estructurales que contienen grietas o defectos preexistentes.

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