UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE MECNICA

Ing. Carlos Chicol

CURSO:

Ciencia de los Materiales

Catedrtico:

Ing. Carlos Snell Chicol

carlos_snell@live.com

Ing. Carlos Chicol

ENSAYOS DE LOS MATERIALES

Ensayos de Materiales

Los Ensayos de Materiales son utilizados

en ingeniera para determinar las

propiedades y/o defectos de un

material en general (una probeta) o de

una pieza en particular.

Pueden ser destructivos (si se destruye

total o parcialmente la probeta o la

pieza), o no destructivos (no afecta la

integridad de la pieza y puede utilizarse

de nuevo).

Ing. Carlos Chicol

Ing. Carlos Chicol

1. Ensayos destructivos: son ensayos que toman muestras de los materiales

con forma y dimensiones especficas, llamadas probetas, y se evalan sus

propiedades fsicas, qumicas y mecnicas.

2. Ensayos no destructivos: estos ensayos se realizan en las piezas en

funcionamiento u operacin, y su finalidad es de obtener informacin del

estado en que se encuentran sus propiedades en general, y detectan

cualquier discontinuidad que pueda afectar su desenvolvimiento.

- Ensayos superficiales - Ensayos subsuperficiales

- Tensin - Fatiga - Compresin - Impacto -Dureza

Que es una probeta?Pieza sometida a diversos ensayos mecnicos para estudiar la resistencia de un

material

Es una barra de seccin circular (tambin puede ser de seccin cuadrada).

Sus extremos son de mayor seccin, en ellos se realiza la fijacin de la probeta

En ella se hacen dos marcas, se mide su longitud l (son dos puntos calibrados).

Para que los resultados sean comparables, las probetas deben ser

geomtricamente semejantes, por ello, con las mismas cargas, obtendremos

deformaciones proporcionales.

Las probetas de ensayo para materiales metlicos se obtienen, generalmente

por mecanizado de una muestra del producto objeto de ensayo, o de una

muestra moldeada. En el caso de tratarse de productos que tengan una

seccin constante (perfiles, barras, etc.) o de barras obtenidas por moldeo, se

pueden utilizar como probetas las muestras sin mecanizar. La seccin de la

probeta puede ser circular, cuadrada o rectangular.

Generalmente las probetas de ensayo para materiales no metlicos se pueden

preparar por prensado, por inyeccin o bien por arranque de viruta mediante

corte de planchas. Ing. Carlos Chicol

Caractersticas de una probeta

Lo longitud inicial

So seccin inicial

Do dimetro inicial

Probetas normalizadas: con

(Do=20mm, Lo=100mm)

(Do=10mm, Lo=50mm)

Ing. Carlos Chicol

Ensayos de Tensin

-Destructivo-Tambin conocido como Ensayo de Traccin,

esta prueba mide la residencia de un

material a una fuerza tensora aplicada

gradualmente.

Bsicamente consiste en someter a una probeta a una fuerza

axial de traccin creciente hasta que se produce la rotura de la

probeta.

Las propiedades ms usadas que se pueden

determinar por este ensayo son:

Lmite proporcional

Lmite elstico

Punto de cedencia o fluencia

Ductibilidad

Mdulo de elasticidad

Ing. Carlos Chicol

Limite de proporcionalidad: valor de la tensin por debajo de la cual el

alargamiento es proporcional a la carga aplicada.

Limite elstico: Es la mxima tensin aplicable sin que se produzcan

deformaciones permanentes en el material.

Fluencia o cedencia: Es la deformacin brusca de la probeta sin incremento

de la carga aplicada.

Mdulo de Young o mdulo de elasticidad longitudinal es un parmetro que

caracteriza el comportamiento de un material elstico

Ductilidad: propiedad de aquellos materiales que, bajo la accin de una

fuerza, pueden deformarse sin llegar a romperse.

Ing. Carlos Chicol

1. Lmite de proporcionalidad

2. Lmite elstico

3. Lmite de fluencia o cedencia

4. Punto de mxima tensin

5. Tensin de rotura

La siguiente figura muestra el grfico obtenido en una mquina de ensayo de traccin para una probeta de acero.

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Ing. Carlos Chicol

VIDEO ENSAYOS DESTRUCTIVOS

Ensayos de Tensin o de

traccin

cargaSe ejerce unasobre la muestra

Despus de variosminutos esta se empiezaa romper.

Ing. Carlos Chicol

Ensayos de Fatiga

-Destructivo-

Algunos materiales se encuentran sometidos a esfuerzos

repetidos y puede producirse la rotura de stos sin que se

alcance el lmite elstico del material o punto de fluencia.

La solicitacin de un material bajo la accin de esfuerzos

repetidos de denomina fatiga.

El ensayo de fatiga mide la resistencia de un material a la

falla cuando se aplica repetidamente un esfuerzo inferior

al del punto de fluencia.

Se clasifican por el espectro de carga-

tiempo, pudiendo presentarse como:

Ensayos de fatiga de amplitud constante.

Ensayos de fatiga de amplitud variable.

Ing. Carlos Chicol

Para el Ensayo de Fatiga, la prueba de la viga en

rotacin es la ms usada. Esta consiste en una viga

sujetada por sus extremos a la cual se le aplica un

esfuerzo de flexin puro, la probeta se pone a girar

axialmente, entonces el esfuerzo de flexin varia

continuamente de compresin mxima a tensin

mxima.

Ing. Carlos Chicol

Ensayos de Compresin

-Destructivo-Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de

compresin son contrarios a los aplicados al de traccin,

con respecto al sentido de la fuerza aplicada. Tiene varias

limitaciones:

de aplicar una cargao axial, sin que aparezca

Dificultad concntrica pandeo.

Una probeta de seccin circular espreferible a otras formas.

El ensayo se realiza en materiales:

Duros.

Semiduros.

Blandos.Ing. Carlos Chicol

Ensayo de compresin

de una probeta

cilndrica de hormign.

La misma probetadespus de la rotura acompresin.

Ing. Carlos Chicol

Ensayos de Impacto

Consiste en dejar caer un pesado pndulo, el cual a su paso golpea una probeta que tiene forma paraleleppeda ubicada en labase de la mquina.

Luego de golpear la probeta, el pndulo sigue su caminoalcanzando una cierta altura que depende de la cantidad deenerga disipada al golpear. Las probetas que fallan en forma frgilse rompen en dos mitades, en cambio aquellas con mayorductilidad se doblan sin romperse.

Los dos procesos ms comunes son: Charpy,

cuando la probeta es una pequea viga simple con dos apoyos

con tope y Izod, cuando la probeta es sujeta de un extremo porel tornillo del banco como una viga en voladizo.

Ing. Carlos Chicol

Ensayo de Impacto

El equipo

Ing. Carlos Chicol

Mquina para pruebas de impacto

-Charpy-

Probetas de un ensayo

de impacto

Ing. Carlos Chicol

Ensayo de Impacto

1. Posicin inicial.

2. Lugar de encuentro con la muestra.

3. Posicin finalIng. Carlos Chicol

Ensayos de Dureza

-Destructivo-

El concepto de dureza en Ingeniera de losMateriales se refiere a la resistencia a la penetracin de un material por su superficie.

Las pruebas de dureza se dividen en tres clases: Dureza Elstica Resistencia al corte o abrasin (prueba de

ralladura) Resistencia a la indentacin o penetracin.Existen tres mtodos para la medicin de ladureza:

Brinell Rockwell VickersIng. Carlos Chicol

Ensayos de Dureza- Brinell-

Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y

muestras delgadas. El indentador usado es una bola de acero

templado de diferentes dimetros. Para los materiales ms duros se

usan bolas de carburo de tungsteno. En el ensayo tpico se suele

utilizar una bola de acero de 10 milmetros de dimetro, con una

fuerza de 3000 kilopondios. El valor medido es el dimetro del

casquete en la superficie del material.

Ing. Carlos Chicol

Ensayo de Dureza

Ing. Carlos Chicol

Ensayos de Dureza-Rockwell-

El ensayo de dureza Rockwell constituye el mtodo ms

usado para medir la dureza debido a que es muy

simple de llevar a cabo y no requiere

conocimientos especiales.

Este ensayo es similar al de Brinell en el que el

nmero de dureza encontrado es una funcin del

grado de penetracin de la pieza de ensayo por la

accin de un penetrador bajo una carga elstica

dada. Difiere de este otro ensayo en que los

penetradores y las cargas son menores, de ah que la

huella resultante sea menor y menos profunda.

Ing. Carlos Chicol

Ensayos de Dureza-Vickers-

Llamado el ensayo universal, este ensayo constituye

una mejora al ensayo de dureza Brinell.

Se presiona el indentador contra una probeta, bajo cargas ms

livianas que las utilizadas en el ensayo Brinell. Se miden las

diagonales de la impresin cuadrada y se halla el promedio

para aplicar la frmula antes mencionada.

Ing. Carlos Chicol

Ensayos no destructivos END

Superficiales

Sub-superficiales.

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Ayudan a detectar defectos en el material que

podra afectar su desempeo al ser sometido a

esfuerzos.

Se pueden clasificar en dos tipos:

Ensayos Superficiales

-No Destructivos-

Se llaman as porque la inspeccin deunaEntre

pieza se limita a su superficie.los ensayos superficiales se

puede mencionar:

Inspeccin Visual

Lquidos Penetrantes

Partculas MagnticasIng. Carlos Chicol

Inspeccin VisualGeneralmente se hace con la ayuda de lentes de

aumento. Cuando un defecto puede ser visto a

simple vista, la pieza ya colaps en ms de un 90%.

Grieta detectada en una aleacin de nquel.

Amplificada 20 vecesIng. Carlos Chicol

Inspeccin Visual

Se realiza con la ayuda de algn

instrumento que aumenta la visibilidad, su

fin es encontrar defectos superficiales.

Ing. Carlos Chicol

Endoscopa-No Destructivos-

La endoscopa consiste en la observacin indirecta,

mediante un endoscopio, del interior de una construccin a

travs de un agujero practicado en la misma, o de fisuras

existentes.

Por lo tanto, no es una tcnica totalmente no-destructiva,

aunque las perforaciones se pueden rellenar

posteriormente.

El endoscopio constituye una herramienta fundamental para

inspecciones internas pudindose detectar y observar las

distintas tipologas constructivas.Ing. Carlos Chicol

El periscopio suele

utilizarse como mtodo de

apoyo a los ensayo no-

destructivos mencionados

anteriormente.

Ing. Carlos Chicol

Boroscopa-No Destructivos-

Los boroscopios son los instrumentos ms

utilizados para realizar inspecciones visuales

por medios remotos.

Hoy da, los boroscopios son comnmenteutilizados en ambientes donde es necesarioinspeccionar reas o equipos a los cuales no setiene acceso o se requiere desensamblar las partes. Tambin es utilizado en reas donde secorre algn peligro por parte del personaltcnico.

Los boroscopios pueden ser divididos en:

Boroscopios rgidos Boroscopios de fibra ptica o flexibles

(fibroscopios)Ing. Carlos Chicol

Los boroscopiosfrecuentemente

son utilizados para

de gas,inspeccionarestructuras

turbinasde aviones,

reactores nucleares, lneas dedetuberas y partes internas

mquinas automotrices.Ing. Carlos Chicol

Lquidos penetrantesAyuda a detectar discontinuidades en la superficie del material. Para ello serequiere que este sea homogneo y de superficie pulida.

Procedimiento: La muestra es rociada osumergida en un lquido colorante o trazadorque es absorbido por las discontinuidades yfisuras.necesita

Despus del tiempo que el trazadorpara filtrarse, el residuo de la

superficie es removido con agua. Luego la piezase cubre con un polvo seco o revelador que seadhiere al liquido incrustado en las fisuras.Finalmente la pieza es inspeccionada bajo unalmpara de luz ultravioleta conocida como luznegra que hace notar el trazador incrustado enlas fisuras.

El equipo

Ing. Carlos Chicol

Lquidos Penetrantes-No Destructivos-

Se emplea evidenciar superficiales

generalmente para discontinuidades

abiertas (fisuras,porosidad,todos los

pliegues) sobre casimateriales no porosos

(sin rugosidad o escamado), comometales, cermicos, vidrios,plsticos. Independientemente dela geometra de la pieza.

Ing. Carlos Chicol

Lquidos penetrantes

Procedimiento:

1. Muestra del material

2. Cubrir el material con el lquido penetrante

3. Lavar el material.

4. Cubrir la pieza con el lquido revelador.

Ing. Carlos Chicol

Lquidos penetrantes

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Partculas Magnticas-No Destructivos-

Esta prueba puede ser aplicada solamente a materiales

ferromagnticos como el hierro y el acero. Adems

de detectar discontinuidades como fisuras y poros en la

superficie tambin lo hace muy ligeramente por debajo de

ella.

Consiste en inducir un campo magntico a la pieza a

inspeccionarse y luego cubrirse con finas partculas

magnticas que se adhieren a la pieza haciendo notar la

forma de la discontinuidad ya que al existir un fisura el

campo magntico se hace discontinuo creando dos

subpolos magnticos a donde las fisuras son atradas.

Ing. Carlos Chicol

Partculas magnticas

El equipo

Ing. Carlos Chicol

Ensayos Subsuperficiales

Con estos ensayos detectan

discontinuidades muy

de la superficie de

por debajo

una pieza.

Entre los ensayos subsuperficiales

se puede mencionar:

UltrasonidoRadiografa IndustrialHolografaEscner de esfuerzos internos

Ing. Carlos Chicol

Ensayos Sub-Superficiales

-No Destructivos-

Con estos ensayos detectan

discontinuidades muy por

debajo de la superficie de una

pieza. Los ms usados son:

Ultrasonido

Radiografa Industrial

Ing. Carlos Chicol

UltrasonidoLos ensayos por ondassonoras de alta

ultrasonidos usan frecuencia y altamente

direccionales para medir el espesor demateriales, encontrar defectos escondidosen el interiorpropiedades

de la pieza o analizar lasde los metales, de los

plsticos, de los materiales compuestos, de la cermica, de los cauchos y del vidrio.

Los equipos de ultrasonidos emiten rfagasde energa a frecuencias por encima dellmite perceptible por el odo humanosobre la pieza bajo ensayo y, luego,recopilan y analizan las formas de las ondasreflejadas o transmitidas para generar losresultados de los ensayos.

Ing. Carlos Chicol

UltrasonidoConsiste en utilizar ondas sonoras

como reflejar

Las ondas

un material pued

onda

so

ya que

transmitir

elsticas.

producidas electrnicamente po

un transductor ultrasnic

utilizando el efecto piezoelctric

e

s

n

r

o

o

energa elctrica a(cambio de

energa mecnica); este efecto

produce vibracin mecnica en el

transductor que transforma la

vibracin en ondas sonoras.

El equipo

Ing. Carlos Chicol

Ultrasonido

Ing. Carlos Chicol

Ultrasonido

Ing. Carlos Chicol

Radiografa IndustrialEste ensayo consta de la impresin deimgenesproducidas

en placas radiogrficasal ser atravesado el

material por radiacioneselectromagnticas (rayos X) oionizantes (gammagrafa). Lasdiscontinuidades se pueden localizar,medir y evaluar. El ensayo es de tipovolumtrico.

Se puede disponer de un registrovisual permanente de la estructurainterna de la pieza.

La geometra y el volumen de la piezaa veces limitan su utilizacin, ascomo tambin la seguridad de lasradiaciones X o gamma que emergendurante la exposicin.

Ing. Carlos Chicol

Radiografa IndustrialSe realiza mediante la emisin de rayos X o rayos gammaque repelen o absorben en pequea o gran escala laradiacin. Por medio de un sistema de deteccin que

que detecta lageneralmente es una pelcula especialradiacin que pasa a travs del material

El equipo

Ing. Carlos Chicol

La radiografa es muy utilizada para

revisar piezas fundidas y uniones

soldadas. Tambin se usa para

de capas demedir espesores

materiales.

Aplicaciones oTuberas oSoldaduras oFundicionesoMateriales No metlicos

Ing. Carlos Chicol

Radiografa Industrial

Grietas

Ing. Carlos Chicol

Radiografa Industrial

Porosidades

Ing. Carlos Chicol

Holografala formacin y observacin de

construidos por medio de lser.

Se basa en

hologramas

Proporciona patrones de interferencia que se

dando

y por

emplean para reconstruir la imagen;

imgenes tridimensionales de los piezas

tanto de las fallas y discontinuidades.

Ing. Carlos Chicol

Escner de Esfuerzos

internos

por reflexin de radiacintrabaja bsicamente

electromagntica.

El color rojo indica una mximaconcentracin de esfuerzos, mientras que losdems colores indican un rango detensiones residuales

Indica en que parte

de la pieza hay

mayor esfuerzo.

Ing. Carlos Chicol

Ing. Carlos Chicol

VIDEO ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS