Analizar el comportamiento de diversos materiales metlicos al ser sometidos a un esfuerzo de tensin uniaxial. Objetivos especficosCalcular la resistencia a la traccin de cada uno de los materiales ensayados.El estudiante debe mencionar tres objetivos especficos ms. Ver actividades a realizar. GENERALIDADESEl ensayo se realiza en una Mquina Universal (figura1.2) y la operacin consiste en someter una probeta (ver figura 1.1) a una carga monoaxial gradualmente creciente (es decir, esttica) hasta que ocurra la falla.Las probetas para ensayos de tensin se fabrican en una variedad de formas. La seccin transversal de la probeta puede ser redonda, cuadrada o rectangular. Para la mayora de los casos, en metales, se utiliza comnmente una probeta de seccin redonda. Para lminas y placas usualmente se emplea una probeta plana.La transicin del extremo a la seccin reducida debe hacerse por medio de un bisel adecuado para reducir la concentracin de esfuerzos causados por el cambio brusco de seccin.El esfuerzo axial s en el espcimen de prueba (probeta) se calcula dividiendo la carga P entre el rea de la seccin transversal (A):Cuando en este clculo se emplea el rea inicial de la probeta, el esfuerzo resultante se denomina esfuerzo nominal (esfuerzo convencional o esfuerzo de ingeniera). Se puede calcular un valor ms exacto del esfuerzo axial, conocido como esfuerzo real.

La deformacin unitaria axial media se determina a partir del alargamiento medido "d "entre las marcas de calibracin, al dividir d entre la longitud calibrada L0. Si se emplea la longitud calibrada inicial se obtiene la deformacin unitaria nominal (e ).

Despus de realizar una prueba de tensin y de establecer el esfuerzo y la deformacin para varias magnitudes de la carga, se puede trazar un diagrama de esfuerzo contra deformacin. Tal diagrama es caracterstico del material y proporciona informacin importante acerca de las propiedades mecnicas y el comportamiento tpico del material.

En la figura 1.3 se muestra el diagrama esfuerzo deformacin representativo de los materiales dctiles. El diagrama empieza con una lnea recta desde O hasta A. En esta regin, el esfuerzo y la deformacin son directamente proporcionales, y se dice que el comportamiento del material es lineal. Despus del punto A ya no existe una relacin lineal entre el esfuerzo y la deformacin, por lo que el esfuerzo en el punto A se denomina lmite de proporcionalidad. La relacin lineal entre el esfuerzo y la deformacin puede expresarse mediante la ecuacin s = Ee , donde E es una constante de proporcionalidad conocida como el mdulo de elasticidad del material. El mdulo de elasticidad es la pendiente del diagrama esfuerzo-deformacin en la regin linealmente elstica y su valor depende del material particular que se utilice.

Figura 1.3. Diagrama esfuerzo-deformacin de materiales dctiles en tensin (fuera de escala)

La ecuacin s = Ee se conoce comnmente como ley de Hooke.

Al incrementar la carga ms all del lmite de proporcionalidad, la deformacin empieza a aumentar ms rpidamente para cada incremento en esfuerzo. La curva de esfuerzo deformacin asume luego una pendiente cada vez ms pequea, hasta que el punto B de la curva se vuelve horizontal. A partir de este punto se presenta un alargamiento considerable, con un incremento prcticamente inapreciable en la fuerza de tensin (desde B hasta C en el diagrama). Este fenmeno se conoce como cedencia o fluencia del material, y el esfuerzo en el punto B se denomina esfuerzo de cedencia o punto de cedencia (o bien, esfuerzo de fluencia o punto de fluencia). En la regin de B hasta C, el material se vuelve perfectamente plstico, lo que significa que puede deformarse sin un incremento en la carga aplicada.Despus de sufrir las grandes deformaciones que se presentan durante la fluencia en la regin BC el material empieza a mostrar un endurecimiento por deformacin. Durante este proceso, el material sufre cambios en sus estructuras cristalina y atmica, lo que origina un incremento en la resistencia del material a futuras deformaciones. Por tanto, un alargamiento adicional requiere de un incremento en la carga de tensin, y el diagrama esfuerzo-deformacin toma una pendiente positiva desde C hasta D. Finalmente la carga alcanza su valor mximo y el esfuerzo correspondiente (en el punto D) se denomina esfuerzo ltimo. De hecho, el alargamiento posterior de la barra se acompaa de una reduccin en la carga y finalmente se presenta la fractura en un punto E, tal como se indica en el diagrama.Se presenta una contraccin lateral de la muestra cuando se alarga, lo que origina una reduccin en el rea de la seccin transversal. La reduccin en el rea es muy pequea como para tener un efecto apreciable en el valor de los esfuerzos calculados antes del punto C, pero ms all de este punto la reduccin comienza a modificar el perfil del diagrama. Desde luego, el esfuerzo real es mayor que el esfuerzo nominal debido a que se calcula con un rea menor.En la cercana del esfuerzo ltimo, la disminucin del rea se aprecia claramente y ocurre un estrechamiento pronunciado de la barra, conocido como estriccin. Si para el clculo del esfuerzo se emplea el rea de la seccin transversal en la parte estrecha del cuello ocasionado por la estriccin, la curva real esfuerzo-deformacin seguir la lnea punteada CE. La carga total que puede resistir la probeta se ve efectivamente disminuida despus de que se alcanza el esfuerzo ltimo (curva DE), pero esta disminucin se debe al decremento en rea de la probeta y no a una prdida de la resistencia misma del material. En realidad, el material soporta un aumento de esfuerzo hasta el punto de falla (punto E).

Sin embargo, con fines prcticos la curva esfuerzo-deformacin convencional OABCDE, basada en el rea transversal original de la muestra y que, por lo tanto, se calcula fcilmente, suministra informacin satisfactoria para emplearla en el diseo. La ductilidad de un material a tensin puede caracterizarse por su alargamiento total y por la disminucin de rea en la seccin transversal donde ocurre la fractura.

La elongacin porcentual se define como sigue:

donde Lo es la longitud calibrada original y Lf es la distancia entre las marcas de calibracin al ocurrir la fractura.

La reduccin porcentual de rea mide el valor de la estriccin que se presenta y se define como sigue:

Donde Ao es el rea original de la seccin transversal y Af es el rea final en la seccin de la fractura.

Los materiales que fallan en tensin a valores relativamente bajos de deformacin unitaria se clasifican como materiales frgiles.

En este ensayo las propiedades usualmente determinadas son: La resistencia a la cedencia (punto de cedencia), la resistencia a la tensin, la ductilidad (El alargamiento y la reduccin de rea), el mdulo de elasticidad y el tipo de fractura.Diagrama Esfuerzo-Deformacion1.2 DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACION La deformacin es el cambio en el tamao o forma de un cuerpo debido a la aplicacin de una o ms fuerzas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatacin trmica. La magnitud ms simple para medir la deformacin es lo que en ingeniera se llama deformacin axial o deformacin unitaria se define como el cambio de longitud por unidad de longitud.La deformacin es el cambio en el tamao o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o ms fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatacin trmica.

Figura 1.3. Diagrama esfuerzo-deformacin de materiales dctiles en tensin (fuera de escala)

Deformacin SimpleSe refiere a los cambios en las dimensiones de un miembro estructural cuando se encuentra sometido a cargas externas.Deformacin unitariaTodo miembro sometido a cargas externas se deforma debido a la accin de fuerzas.La deformacin unitaria, se puede definir como la relacin existente entre la deformacin total y la longitud inicial del elemento, la cual permitir determinar la deformacin del elemento sometido a esfuerzos de tensin o compresin axial.

Diagrama Esfuerzo-Deformacin UnitariaEs la curva resultante graficada con los valores del esfuerzo y la correspondiente deformacin unitaria en el espcimen calculado a partir de los datos de un ensayo de tensin o de compresin.PROPIEDADESestructurametalesaleacionespropiedades

Las propiedades de los metales se clasifican en fsicas, mecnicas y tecnolgicas.Las propiedades fsicas dependen del tipo de aleacin y las ms importantes son: Peso especfico Calor especfico Dilatacin trmica Temperatura de fusin y solidificacin Conductividad trmica y elctrica Resistencia al ataque qumicoPeso especfico.El peso especfico puede ser absoluto o relativo: el primero es el peso de la unidad de volumen de un cuerpo homogneo. El peso especfico relativo es la relacin entre el peso de un cuerpo y el peso de igual volumen de una sustancia tomada como referencia; para los slidos y lquidos se toma como referencia el agua destilada a 4C.Calor especfico.Es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1C la temperatura de 1 kg de determinada sustancia. El calor especfico vara con la temperatura. En la prctica se considera el calor especfico medio en un intervalo de temperaturas.Punto de fusin.Es la temperatura a la cual un material pasa del estado slido al lquido, transformacin que se produce con absorcin de calor.El punto de solidificacin es la temperatura a la cual un lquido pasa al estado slido, durante la transformacin hay cesin de calor. Casi siempre coinciden los puntos de fusin y de solidificacin.Calor latente de fusin.Es el calor necesario para vencer las fuerzas moleculares del material ( a la temperatura de fusin) y transformarlo de slido en lquido.Resistencia ala corrosin.La corrosin de los metales puede originarse por: Reacciones qumicas con los agentes corrosivos Reacciones electroqumicas producidas por corrientes electrolticas generadas en elementos galvnicos formados en la superficie con distinto potencial. Las corrientes electrolticas se producen con desplazamiento de iones metlicos.

La corrosin electroltica puede producirse por: Heterogeneidad de la estructura cristalina Tensiones internas producidas por deformacin en fro o tratamientos trmicos mal efectuados. Diferencia en la ventilacin externaLa proteccin de los metales contra la corrosin puede hacerse por: Adicin de elementos especiales que favorecen la resistencia a la corrosin. Revestimientos metlicos resistentes a la corrosin Revestimientos con lminas de resinas sintticas o polmeros.PROPIEDADES FISICAS Mecnicas

Son aquellas que expresan el comportamiento de los metales frente a esfuerzos o cargas que tienden a alterar su forma.Resistencia: Capacidad de soportar una carga externa si el metal debe soportarla sin romperse se denomina carga de rotura y puede producirse por traccin, por compresin, por torsin o por cizallamiento, habr una resistencia a la rotura (kg/mm) para cada uno de estos esfuerzos.Dureza: Propiedad que expresa el grado de deformacin permanente que sufre un metal bajo la accin directa de una carga determinada. Los ensayos ms importantes para designar la dureza de los metales, son los de penetracin, en que se aplica un penetrador (de bola, cono o diamante) sobre la superficie del metal, con una presin y un tiempo determinados, a fin de dejar una huella que depende de de la dureza del metal, los mtodos ms utilizados son los de Brinell, Rockwell y Vickers.Elasticidad:Capacidad de un material elstico para recobrar su forma al cesar la carga que lo ha deformado. Se llama lmite elstico a la carga mxima que puede soportar un metal sin sufrir una deformacin permanente. Su determinacin tiene gran importancia en el diseo de toda clase de elementos mecnicos, ya que se debe tener en cuenta que las piezas deben trabajar siempre por debajo del lmite elstico, se expresa en Kg/mm.Plasticidad:Capacidad de deformacin permanente de un metal sin que llegue a romperse.Tenacidad:Resistencia a la rotura por esfuerzos de impacto que deforman el metal. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y plasticidad.Fragilidad:Propiedad que expresa falta de plasticidad, y por tanto, de tenacidad. Los materiales frgiles se rompen en el lmite elstico, es decir su rotura se produce espontneamente al rebasar la carga correspondiente al lmite elstico. Resiliencia:Resistencia de un metal a su rotura por choque, se determina en el ensayo Charpy.Fluencia:Propiedad de algunos metales de deformarse lenta y espontneamente bajo la accin de su propio peso o de cargas muy pequeas. Esta deformacin lenta, se denomina tambin creep.Fatiga:Si se somete una pieza a la accin de cargas peridicas (alternativas o intermitentes), se puede llegar a producir su rotura con cargas menores a las que produciran deformaciones.

Propiedades tecnolgicas.Determina la capacidad de un metal a ser conformado en piezas o partes tiles o aprovechables. Estas son: Ductilidad: Es la capacidad del metal para dejarse deformar o trabajar en fro; aumenta con la tenacidad y disminuye al aumentar la dureza. Los metales ms dctiles son el oro, plata, cobre, hierro, plomo y aluminio. Fusibilidad: Es la propiedad que permite obtener piezas fundidas o coladas. Colabilidad: Es la capacidad de un metal fundido para producir piezas fundidas completas y sin defectos. Para que un metal sea colable debe poseer gran fluidez para poder llenar completamente el molde. Los metales ms fusibles y colables son la fundicin de hierro, de bronce, de latn y de aleaciones ligeras. Soldabilidad: Es la aptitud de un metal para soldarse con otro idntico bajo presin ejercida sobre ambos en caliente.Poseen esta propiedad los aceros de bajo contenido de carbono. Endurecimiento por el temple.Es la propiedad del metal de sufrir transformaciones en su estructura cristalina como resultado del calentamiento y enfriamiento sucesivo y por ende de sus propiedades mecnicas y tecnolgicas. Los aceros se templan fcilmente debido a la formacin de una estructura cristalina caracterstica denominada martensita. Facilidad de mecanizado: Es la propiedad de un metal de dejarse mecanizar con arranque de viruta, mediante una herramienta cortante apropiada. Son muy mecanizables la fundicin gris y el bronce, con virutas cortadas en forma de escamas.El acero dulce y las aleaciones ligeras de alta tenacidad, producen virutas largas. RESUMENLos metales y aleaciones son procesados en diferentes formas mediante diversos mtodos de manufactura. Algunos de los procesos industriales ms importantes son la fundicin, la laminacin, extrusin, trefilado, embutido y forja, maquinado y troquelado.Cuando se aplica un esfuerzo de tensin uniaxial sobre una barra de metal, el metal se deforma elsticamente y luego plsticamente, produciendo una deformacin permanente. Para muchos diseos, el ingeniero est interesado en el elmite elstico al 0.2% ( esfuerzo de fluencia convencional al 0.2%), la mxima resistencia a la tensin y la elongacin o ductilidad del metal o aleacin. Estos valores se obtienen a partir del diagrama esfuerzo-deformacin generado en un ensayo de traccin.La dureza de un metal tambin puede resultar de importancia en ingeniera; comunmente, las escalas de dureza en la industria son de los tipos: Rockwell B y C y Brinell (HB).La deformacon plstica de los metales tiene lugar principalmente por el proceso de deslizamiento, que involucra un movimiento de las dislocaciones. El deslizamiento usualmente tiene lugar sobre los planos ms compactos y en las direcciones compactas. La combinacin de un plano de deslizamiento y una direccin de deslizamiento constituye un sistema de deslizamiento. Los metales con un alto nmero de sistemas de deslizamiento (Cu, Ag, Pt, Ni, Pb, Al) son ms dctiles que aquellos con slo unos pocos sistemas de deslizamiento (Fe, Cr, V, Mo, W). Muchos metales se deforman con formacin de maclas cuando el deslizamiento es difcil.Los lmites de grano a bajas temperaturas, usualmente endurecen los metales por proporcionar barreras al movimiento de las dislocaciones, sinembargo, bajo algunas condiciones de deformacin a alta temperatura, los lmites de grano se vuelven regiones de debilidad debido al deslizamiento del lmite de grano. Cuando un metal se deforma plsticamente por trabajo en fro, el metal se endurece por deformacin produciendo un aumento en la resistencia y una disminucin de la ductilidad. El endurecimiento por deformacin puede eliminarse proporcionando al metal un tratamiento trmico de recocido. Cuando el metal endurecido por deformacin es calentado lentamente hasta una temperatura por encima del punto de recristalizacin tiene lugar un proceso de recuperacin, recristalizacin y crecimiento de grano, y el metal se ablanda. Mediante la combinacin de endurecimiento por deformacin y recocido, pueden conseguirse grandes reducciones en la seccin de un metal sin fractura.La fractura de los metales sometidos a esfuerzos de traccin puede clasificarse segn los tipos de dctil, frgil y dctil-frgil.Un metal tambin puede fracturar debido a la fatiga si est sometido a una tensin cclica y por compresin de suficiente magnitud. A altas temperaturas y tensiones en un metal puede sobrevenirle termofluencia, o deformacin dependiente del tiempo. La termofuencia de un metal pude ser tan severa que ocurre la fractura del metal. Existen diversos ensayos para diagnosticar la fatiga y la falla por termofluencia de los productos maufacturados.El comportamiento mecnico de los materiales se describe a travs de sus propiedades mecnicas, que son el resultado de ensayos simples e idealizados. Estos ensayos estn diseados para representar distintos tipos de condiciones de carga. Las propiedades de un material que aparecen reportadas en diversos manuales, son los resultados de estas pruebas. En consecuencia, se debe recordar siempre que los valores de los manuales son valores promedio, obtenidos a partir de pruebas ideales y, por tanto, debern ser utilizados con cierta precaucin.El ensayo de tensin describe la resistencia de un material a un esfuerzo aplicado lentamente. Entre las propiedades importantes estn el esfuerzo de cedencia (el esfuerzo al cual el empieza a deformarse de manera permanente), la resistencia a la tensin (el esfuerzo que corresponde a la carga mxima aplicada), el mdulo de elasticidad (la pendiente de la porcin elstica de la curva esfuerzo-deformacin), y el porcentaje de elongacin, as como el porcentaje de reduccin de rea (siendo ambos, medidas de la ductilidad del material).El ensayo de flexin se utiliza para determinar las propiedades a tensin de materiales frgiles. De ah se puede obtener el mdulo de elasticidad en flexin y la resistencia a la flexin similar a la resistencia a la tensin).El ensayo de dureza mide la resistencia de un material a la penetracin y da una medida de su resistencia al desgaste y a la abrasin. Comnmente se utilizan varios ensayos de dureza, inclu yendo los ensayos Rockwell y Brinell. A menudo la dureza se relaciona con otras propiedades mecnicas, particularmente con la resistencia a la tensin.El ensayo de impacto describe la respuesta de un material a una carga aplicada rpidamente. Los ensayos Charpy e Izod son tpicos. La energa que se requiere para fracturar la probeta se mide y puede utilizarse como base de comparacin de diversos materiales, probados bajo las mismas condiciones. Adems, se puede determinar una temperatura de transicin por encima de la cual el material fallar de manera dctil, en vez de fallar de manera frgil.La tenacidad a la fractura describe la facilidad con la cual se propaga una grieta o defecto en un material. El ensayo de fatiga permite comprender el comportamiento de un material cuando se le aplica un esfuerzo cclico. Propiedades importantes incluyen el esfuerzo lmite para fatiga (esfuerzo por debajo del cual nunca ocurrir la ruptura), resistencia a la fatiga (el esfuerzo mximo para que la falla ocurra en un nmero dado de ciclos) y la vida en fatiga (nmero de ciclos que resisistir un material a un esfuerzo dado). Tambin puede ayudar a determinar la vida en fatiga el conocer la rapidez de crecimiento de las grietas en el material.El ensayo de termofluencia proporciona informacin sobre la capacidad de un material para soportar cargas a altas temperaturas. La rapidez de termofluencia y el tiempo de ruptura son ptopiedades importantes obtenidas a partir de estos ensayos.

Prueba de tensin (material)Se denomina prueba de tensin al ensayo que permite conocer las caractersticas de un material cuando se somete a esfuerzos de traccin. El objetivo es determinar la resistencia a la rotura y las principales propiedades mecnicas del material que es posible apreciar en el diagrama carga-deformacin: Lmite elstico Punto de fluencia Lmite de fluencia Resistencia a la fatiga Punto de fracturaLos datos obtenidos en el ensayo deben ser suficientes para determinar esas propiedades, y otras que se pueden determinar con base en ellas. Por ejemplo, la ductilidad se puede obtener a partir del alargamiento y de la reduccin de rea.AlargamientoEl alargamiento es el aumento en la longitud calibrada en una probeta despus de la prueba de tensin que comnmente se expresa en porcentaje de la longitud calibrada inicial.Lmite de fluenciaEl lmite de fluencia o de cedencia, es el primer punto detectable, a partir del cual hay un aumento notorio en la deformacin, sin que se acuse un aumento en el esfuerzo aplicado a la probeta. En los metales es el punto, a partir del cual se produce una deformacin permanente notable y aparecen por tanto deformaciones plsticas irreversibles.Longitud calibradaEs la longitud inicial de la parte de una probeta sobre la que se determina la deformacin unitaria o el cambio de longitud y el alargamiento (ste ltimo se mide con un extensmetro).Reduccin de rea y estriccinLa reduccin de rea de la seccin transversal es la diferencia entre el valor del rea transversal inicial de una probeta de tensin y el rea de su seccin transversal mnima despus de la prueba. En el rango elstico de tensiones y deformaciones en rea se reduce en una proporcin dada por el mdulo de Poisson. Para un slido lineal e istropo, en un ensayo de tracci convencional, dicha reduccin viene dada por:

Donde:, es el rea inicial., son el coeficiente de Poisson y el mdulo de Young., es la tensin en direccin longitudinal de la pieza.Una vez superado el lmite de fluencia, se llega a un punto donde junto con la reduccin elstica anterior associada al efecto de Poisson, se produce la llamada estriccin que es un fenmeno de plasticidad.Resistencia a la fluenciaLa resistencia a la fluencia del acero estructural puede determinarse durante la prueba de tensin, observando el indicador de carga. Despus de aumentar continuamente la carga, se observa que cae sbitamente a un valor ligeramente inferior que se mantiene por algn tiempo mientras la probeta sigue alargndose. En un ensayo bien efectuado uno puede distinguir entre el punto de fluencia que corresponde a la carga alcanzada, justo antes de que empiece la fluencia, y el punto de fluencia ms bajo que corresponde a la carga requerida para mantener la fluencia. Como el punto de fluencia superior es transitorio, debe usarse el punto de fluencia inferior para determinar la resistencia a la fluencia del material.Ensayo de Tensin Es una de las propiedades mecnicas ms utilizadas, aunque quizs no es necesariamente la ms relevante de ellas, se determina mediante una prueba estndar de tensin. Para la comprensin del esfuerzo es necesario considerar la deformacin unitaria, que es simplemente la deformacin total del cuerpo dividida su longitud. La deformacin unitaria, (psilon), nos indica cunto se deform con respecto a la longitud original del cuerpo, ya que una deformacin de 1cm sera aceptable para una barra de varios metros, pero no para una barra de 10cm, por lo tanto la deformacin o la variacin de longitud no especifica nada, mas la deformacin unitaria s. Una vez se ha definido lo que es la deformacin unitaria se debe proceder a la definicin del esfuerzo, por medio de lo que se conoce como la prueba de tensin. El ensayo de la prueba de tensin, consiste en aplicar a una probeta de dimensiones estndares, una carga que se incrementa gradualmente, anotando las lecturas de los valores de las cargas y de las deformaciones correspondientes hasta que se produce la fractura. La carga se aplica y se mide mediante un dispositivo de prueba denominado Mquina Universal y los valores de los esfuerzos se calculan dividiendo los valores de la carga entre la seccin transversal original de la probeta. La deformacin se obtiene midiendo el incremento de la longitud entre dos puntos marcados en la probeta, antes de comenzar la prueba. Los valores de la deformacin unitaria se calculan dividiendo este incremento entre la longitud original de medicin. Con los datos as obtenidos, se traza una grfica en la cual puede visualizarse mejor el proceso de carga. Puede observarse que la relacin entre el esfuerzo y la deformacin unitaria hasta un punto de la grfica es lineal, hasta que se carga ms la probeta y la relacin deja de ser lineal y la pendiente de la curva se disminuye por unos instantes hasta llegar a un mnimo relativo en la curva (lmite de fluencia inferior), en ese punto se vuelve casi horizontal la grfica, lo que indica que el material se deforma libremente sin incrementar el esfuerzo. Entre la seccin en que deja de ser lineal (lmite proporcional) y el lmite de fluencia inferior, se pasa antes por el lmite de fluencia superior y el lmite elstico. La deformacin cesa en un punto en el cual el material se recupera en este punto, se requiere nuevamente esfuerzo para producir la deformacin, hasta que llega a un mximo en la curva, que muestra un fenmeno de inestabilidad, caracterizado por el estrangulamiento de la probeta en la seccin donde se producir la fractura. Esta reduccin en el rea transversal trae como consecuencia que la carga aplicada por la mquina disminuya. Debido a que el esfuerzo se calcula tomando como base el rea original, al disminuir la carga, disminuye el esfuerzo, como se aprecia en el tramo en que la curva obtiene una pendiente negativa, hasta llegar a su punto de fractura. Este punto demarca el esfuerzo nominal que se aplic para la fractura. 2.1.1. Requerimientos Para Probetas de Tensin Hay muchas formas de realizar las probetas de tensin, unas con secciones rectangulares, cuadradas o circulares, generalmente la porcin central de la probeta es de dimetro menor que las reas en que se sujetan, para evitar que la falla se d donde se encuentran los dispositivos de sujecin. Las partes generales de una probeta se muestran en la figura 2.1.1.1 figura 2.1.1.1 En el tramo de calibracin es donde se toman las medidas iniciales y los alargamientos por medio del extensimetro. La forma de los extremos debe ser la adecuada al material, para que la fractura se d solamente en el tramo de calibracin, ya que su dimetro es menor y es la parte central, por ende la parte ms vulnerable a la fractura. Si se hiciera de manera incorrecta, la probeta, puede ocasionar fracturas en sitios no esperados, por ejemplo los sitios de adelgazamiento de la pieza, por ende, arruinando la prctica. La relacin entre el dimetro de los extremos con el dimetro central, es determinada por la costumbre, aunque si el material es quebradizo, se debe hacer suficientemente grande, para que la fractura no se de por el esfuerzo axial o los esfuerzos producidos por las mordazas, sino por el esfuerzo de tensin propiamente. La transicin entre extremo y parte central, es decir el adelgazamiento de la pieza, debe hacerse con un bisel adecuado, de manera que se reduzca la concentracin de esfuerzos debido al cambio brusco de seccin. La simetra de la probeta es otro aspecto importante, sta debe ser simtrica con respecto a un eje longitudinal, de manera que no exista un esfuerzo de flexin. 2.1.2. Dispositivos de Montaje La funcin primordial del dispositivo de montaje es la de transmitir la carga hacia la probeta. Se requiere que la carga sea transmitida de manera axial a la carga. Por ende se necesita que la mquina se encuentre alineada con el eje longitudinal de la probeta, de manera que no se den esfuerzos de flexin, sino solamente de tensin. Adems, debe ser de manera tal que las cargas se encuentren fijas y no se aflojen durante el ensayo. Donde es de suma importancia la precisa alineacin es en los materiales frgiles o quebradizos, esto se realiza por medio de algn tipo de articulacin o unin universal. 2.1.3. Realizacin de ensayos En los ensayos de tensin comerciales se determinan, generalmente, propiedades tales como la resistencia a la cedencia, la resistencia a la tensin, la ductilidad y el tipo de fractura. Para materiales quebradizos, solamente la resistencia a la tensin. En ensayos de laboratorios, se determinan tambin las relaciones entre esfuerzo y deformacin, el mdulo de elasticidad y otras propiedades mecnicas. Ya en la prctica se debe notar que antes de colocar la probeta la mquina debe tener la indicacin de carga cero. Tambin debe cerciorarse que el dispositivo de sujecin funcione adecuadamente. La probeta debe colocarse en posicin tal que resulte conveniente para hacer las observaciones en las lneas de calibracin. Otro factor que se debe notar es la velocidad del ensayo. ste debe ser a una velocidad tal que no exceda las velocidades de las lecturas de carga y otras que deban ser tomadas, tampoco debe exceder las velocidades establecidas en las normas de la ASTM para metales. Notar que las velocidades establecidas por la ASTM son las mximas, es decir, que es recomendable que las velocidades sean menores que las establecidas por ASTM. Luego de haber realizado la prueba y que la probeta ha fallado, si se desea saber la longitud, se unen los dos pedazos rotos y se juntan, obteniendo as una ltima medida. El dimetro de la seccin ms pequea se puede calibrar preferiblemente con un separador micromtrico equipado con un huso puntiagudo y un yunque, para determinar la reduccin del rea. 2.1.4. Observaciones de ensayo Las observaciones hechas durante un ensayo se registran de una manera apropiada, separada, antes de iniciar el ensayo. La identificacin de las marcas y la informacin similar pertinente se anotan. Las dimensiones original y final, as como las cargas crticas, se registran al observarse. Si las mediciones extensiomtricas se hacen manualmente, se lleva una bitcora de las cargas y las deformaciones correspondientes. Algunas mquinas de ensaye estn equipadas con un aditamento automtico para trazar el diagrama de esfuerzo y deformacin. Se anotan, la caracterstica de la fractura y la presencia de algunos defectos. Adems se deben anotar las condiciones de ensayo y la maquinaria utilizada. 2.2. Ensayo de Compresin Debido a que en las construcciones, muchos elementos, tales como columnas y cimientos se encuentran a compresin, este ensayo resulta esencial para determinar los esfuerzos de compresin de los materiales. Este ensayo es muy similar al de tensin. Es decir, que a una probeta de un material dado se le somete a cargas y se mide su deformacin, de la misma manera que con el ensayo de tensin, de manera que se obtiene una grfica similar. Las observaciones destacables de estas pruebas se pueden resumir por medio de las siguientes aseveraciones: Los materiales dctiles se comportan de la misma manera tanto en compresin como en tensin. Los materiales frgiles, tanto a tensin como a compresin, no presentan punto de cedencia y el esfuerzo de ruptura coincide con el esfuerzo ltimo. Los materiales frgiles presentan una resistencia ltima mucho ms elevada en una compresin que en una tensin. 2.2.1. Observaciones Generales El ensayo de compresin es meramente lo contrario al de tensin, con respecto al sentido del esfuerzo aplicado. Las mayor parte de recomendaciones con respecto al ensayo de tensin se aplican al ensayo de compresin con ciertas salvedades. La dificultad de aplicar una carga meramente axial. La aparicin de fuerzas flexionantes y el efecto de las irregularidades de alineacin accidentales dentro de la probeta se acentan conforme aumenta la carga. La friccin entre los puentes de la mquina y la superficie de la probeta, lo que procede a una expansin transversal irregular. La dimensin de las probetas y la necesidad de mquinas de capacidades sumamente elevadas, lo que dificulta la precisin de la prueba. 2.2.2. Requerimientos Para Probetas de Compresin Para las probetas de compresin se prefieren probetas cilndricas a cualquier otra forma. La seleccin de una relacin entre longitud y dimetro de la probeta es una eleccin que se toma para evitar una serie de inconvenientes, ya que de ser muy ancha y muy corta, las mediciones de deformaciones seran casi irrealizables, de ser muy larga y delgada, se dara una fractura por flexin, entonces se establece una relacin determinada para evitar dichos efectos. Esta relacin se sugiere como sigue en la ecuacin (2.2.2.1): (2.2.2.1) El tamao de la relacin depende del tipo de material, del tipo de mediciones y del aparato de ensayo. Los extremos de las probetas deben ser totalmente planos para evitar la concentracin de esfuerzos en las superficies rugosas, lo que originara una ruptura en forma parcial de copa antes de que se haya llegado al punto de ruptura, en s de la pieza. 2.2.3. Realizacin de los ensayos En los ensayos comerciales la nica propiedad determinada es la resistencia a la compresin. Para los materiales frgiles en los cuales ocurre una fractura, la resistencia ltima se determina fcil y definitivamente. Ya que solamente se toma el dato del esfuerzo para el cual se dio la ruptura. Para los materiales que no tienen un punto de ruptura singular, se toman lmites de deformacin arbitrarios como criterios de resistencia. Para este tipo de ensayos se debe tener sumo cuidado en la alineacin de la probeta con los puentes de la mquina, ya que, de no quedar perfectamente alineados, se aumentarn los esfuerzos de tensin y flexin. 2.2.4. Observaciones de Ensayo La identificacin, las dimensiones, las cargas crticas, las lecturas compresomtricas, el tipo de la falla, etc. se registran en una forma apropiada al tipo de ensayo y la extensin de los datos a tomar. Los datos que se toman en este tipo de ensayos, son muy similares a los que se toman en los ensayos a tensin, salvo que en lugar de alargamientos se toman acortamientos, de igual manera los esfuerzos no son de tensin, sino compresin. 2.3. Ensayos de Corte Un esfuerzo de corte es un esfuerzo que acta paralelamente a un plano, a diferencia de los esfuerzos de compresin y tensin que actan perpendicularmente la plano donde se aplican. Como su nombre lo indica produce el desplazamiento de capas de la superficie. Las cargas que producen las condiciones de corte de inters principal en el ensaye de materiales son las siguientes: Las resultantes de fuerzas paralelas, pero opuestas, actan a travs de los centroides de secciones espaciadas a distancias infitesimales entre s. En que las fuerzas se aplican paralelamente al eje de corte pero a una distancia finita, es decir en un eje longitudinal, distante del eje centroidal. Las fuerzas opuestas aplicadas son paralelas, pero no yacen en un plano que contenga el eje longitudinal del cuerpo; aqu se establece un par que produce torsin alrededor de un eje longitudinal. Esta accin es denominada torsin. La deformacin que acompaa al corte puede considerarse que proviene del esfuerzo de las delgadas tiras o capas paralelas de un cuerpo por deslizarse una sobre otra. La deformacin por corte, definida detrusin, es una funcin del cambio de ngulo entre los lados adyacentes de un bloque elemental al distorsionarse bajo esfuerzos cortantes. El cambio total de ngulo se representa ms convenientemente por medio de un diagrama. Pero los cambios de ngulos son muy pequeos y se expresan en radianes. 2.3.1. Objeto y aplicabilidad de los ensayos de corte Los ensayos de corte ms comunes, son el de corte directo y el de torsin. El de corte directo es llamado corte transversal. Dicho mtodo consiste en colocar un prisma y aplicar la carga, hasta que llega la ruptura, del perno, remache o el objeto que lo sujete, esta prueba es til para determinar el esfuerzo de corte, pero es absolutamente intil para la determinacin de deformaciones, el mdulo de rigidez o la resistencia elstica. El ensayo de corte por embuticin es una forma de corte directo, su uso est restringido a ensayos sobre material plano, metlico. Cuando una placa metlica es punzonada, el rea punzonada se remueve por medio de un movimiento rebanante dentro del estrecho anillo de material adyacente al extremo cortante del puzn. Mientras mayor sea la holgura entre el punzn y el dado, mayores sern los esfuerzos flexionantes que acompaen el desarrollo del corte. Estos ensayos arrojan resultados, mas no son satisfactorios como medida de la resistencia al corte y debe considerarse simplemente dan una representacin de la carga total para causar embuticin. Para una mejor representacin se utilizan los ensayos de torsin. Empleando probetas de seccin circular. En el ensayo, la probeta tendr tal longitud que un deformmetro pueda acoplarse para coadyuvar a las determinaciones del lmite proporcional y la resistencia de cedencia en esfuerzo, resiliencia al corte y la tiesura obtenindose el segundo del ngulo de torsin y el torque aplicado. El mtodo de torsin es aplicable a secciones no circulares, pero no es aplicable a los materiales frgiles, ya que estos fallaran primero por la tensin diagonal que por el esfuerzo de corte. 2.3.2. El ensayo de torsin Los criterios principales para la seleccin de la probeta de torsin parecen ser que las probetas deben ser de tal tamao que permitan que las mediciones de deformacin deseadas se logren con exactitud adecuada, y de tales proporciones que eliminen aquella porcin de probeta sobre la cual se tomen las mediciones del efecto de los esfuerzos debidos a la sujecin de los extremos. Los extremos deben ser tales que puedan sujetarse y asegurarse sin desarrollar esfuerzos suficientemente localizados para causar falla en las mordazas. Es prcticamente imposible determinar la resistencia al corte hasta el lmite proporcional de las fibras extremas de una probeta de torsin slida. Una delgada probeta tubular es preferible para la determinacin de esta propiedad. Las probetas tubulares para determinaciones de la ltima resistencia al corte deben tener secciones cortas reducidas con una razn entre el largo y el dimetro de alrededor 0.5 y una razn entre dimetro y el grueso de 10 a 12. 2.4. Ensayos de Flexin Si las fuerzas sobre un material tienden a inducir esfuerzos de compresin sobre una parte de la seccin de la pieza y esfuerzos de tensin sobre la otra, la pieza se encuentra a flexin. La utilizacin de este tipo de ensayos, se deja casi nicamente para vigas, ya que es uno de los puntos en que ms se utiliza en la construccin. En las estructuras y mquinas en servicio, la flexin puede ir acompaada del esfuerzo directo, el corte transversal o por torsin. Pero en los ensayos se analizan independientemente las de los esfuerzos restantes. A lo largo de las vigas a las cuales se aplican los esfuerzos, existe un eje, que divide los esfuerzos de tensin y compresin, sta es la superficie neutra de la viga. Sobre el lado que se da la compresin, las fibras se acortan, sobre las que estn a tensin se alargan, como se mira en la figura 2.4.1 2.4.1. Falla por Flexin Existen varios tipos de fallas por flexin las cuales pueden describirse como: Fallas por cedencia de las fibras extremas de la viga, la deflexin de la viga aumenta ms rpidamente con respecto a un incremento de carga. Falla por flambeo, que sucede cuando las fibras a compresin actan como las fibras en una columna. El flambeo generalmente ocurre en direccin lateral. En una viga en que el esfuerzo flexionante sea excesivo y cause primariamente la falla de la viga. En las partes adyacentes a los apoyos pueden establecerse esfuerzos compresivos altos, y en las vigas de apoyo puede tornarse excesivo, este esfuerzo puede provocar la falla de la viga. La falla de las vigas de material frgil se da en las fibras tensadas porque la resistencia de tensin en estos materiales es una fraccin de la resistencia a la compresin. 2.4.2. Objeto y aplicabilidad de los ensayos de flexin La mayora de las estructuras y mquinas poseen miembros cuya funcin primaria es resistir las cargas que causan la flexin. El ensayo de flexin puede servir entonces como medio directo para evaluar el comportamiento bajo cargas flexionantes, particularmente para determinar los lmites de la estabilidad estructural de las vigas. La tiesura de un material puede determinarse de un ensayo de flexin en el cual la carga y la deflexin se observan. El mdulo de elasticidad para el material en flexin se obtiene mediante el uso de una frmula apropiada. 2.4.3. Probetas para ensayos de Flexin En la determinacin del mdulo de ruptura para un material, la viga bajo ensayo debe proporcionarse de tal manera que no falle por corte o deflexin lateral antes de llegar a su ltima resistencia a la flexin. Para producir una falla por flexin, la probeta no debe ser demasiado corta con respecto al peralte de la viga. Dependiendo del valor real del material, de la forma de la viga y del tipo cargado la relacin de dimetro y longitud es: 6dL12d. Aunque la gama de formas para las vigas es amplia, se usan probetas normales de ensayo rutinario y de control de un nmero de materiales comunes como hierro, concreto, ladrillo y madera. 2.4.4. Aparatos para ensayos de flexinPara los aparatos de ensayos de flexin se requieren las siguientes caractersticas: Tener una forma que permita el uso de un claro largo y definido. Las reas de contacto deben ser tales que las concentraciones de esfuerzo indebidamente altas, no ocurran. Debe haber margen para el ajuste longitudinal de las posicin de los apoyos de modo que la restriccin longitudinal no pueda arrollarse a medida que la carga progrese. El arreglo de las partes debe ser estable bajo carga.

En primer lugar, antes de empezar el trabajo de recuperacin, quiero decir que debido a la nula informacin encontrada sobre ensayos de dureza en materiales plsticos, el trabajo se centra mayormente en los ensayos de dureza (en general), sin descuidar una breve introduccin a lo que son los plsticos y la zona plstica.Que es un plstico:-Un plstico es un material dctil, blando y fcil de moldear.-Una materia plstica se compone de una sustancia macromolecular (derivado celulsico) y un plastificante (el alcanfor).Durante la historia se han perfeccionado muchas tcnicas para la elaboracin de plsticos; prensa inyectora (1872), extrusor de tornillo (1879), polimerizacin de un metacrilato (1880), resinas y con el desarrollo de la qumica macroscpica aparecen nuevas tcnicas de base; poli(cloruro de vinilo)(1931), resinas polisteres insaturadas (1933), poliamidas-Debido a su plasticidad, las materias plsticas se oponen a los elastmetros, que, tras cesar el esfuerzo a que estn sometidos, recobran mas o menos exactamente su forma y dimensiones iniciales.Muchos objetos plsticos recuperan su forma en cuanto se deja de ejercer presin sobre el, o, ms simplemente, rechazan cualquier deformacin apreciable y se rompen al ser sometidos a un esfuerzo excesivo.El comportamiento mecnico de una sustancia plstica se determina esencialmente por la naturaleza del material macromolecular que contiene.Se pueden representar los materiales plsticos por su grfica de traccin a distintas temperaturas.-As pues, los plsticos y gomas expansionadas o en forma de espuma tienen una gran aplicacin en envasado como aislantes de calor y sonido y acolchado de materiales.Otra variable de los plsticos son los denominados termoplsticos. El gran aumento en el consumo de los plsticos es debido a sus mltiples aplicaciones prcticas, que, unidas a su costo comparativamente ms bajo, contrarrestan sus posibles desventajas. Algunas propiedades interesantes de los plsticos son sus bajas densidades, alta resistencia al ataque qumico, sus propiedades de aislante trmico y elctrico, y su facilidad de fabricacin en una gran variedad de formas lo mismo sencillas que complicadas.Las principales desventajas de los plsticos son su reducida resistencia mecnica y su bajo mdulo de elasticidad, as como su poca resistencia al calor.Algunos de los materiales termoplsticos ms importantes son: polietileno, polipropileno, cloruro de polivinilo (PVC), politetrafluoretinelo (PTFE), poliestireno, materiales acrlicos, poliamidas y polisteres, elastmetros, cauchos sintticos y siliconas.Que es la deformacin plstica:-Cuando un material est en tensin, sus dimensiones varan. Por ejemplo, la traccin causar un aumento de longitud. El cambio dimensional provocado por las tensiones se denomina deformacin.-En el comportamiento elstico, la deformacin producida en un material al someterle a tensin cesa totalmente, recuperndose el estado inicial al cesar la tensin actuante.-Muchos materiales poseen un lmite elstico determinado y cuando se someten a tensin se deforman elsticamente hasta ese lmite. Ms all de este punto la deformacin originada no es directamente proporcional a la tensin aplicada, y tambin ocurre que esta deformacin no es totalmente recuperable. Si cesa la tensin, el material quedar en estado de deformacin permanente o plstica.Una teora para explicar la deformacin plstica en los metales fue la teora de deslizamiento en bloque; cuando aumenta la tensin del material, tiene lugar la deformacin plstica por el movimiento de grandes bloques de tomos con deslizamiento relativo de unos en relacin a otros a lo largo de determinados planos dentro del cristal.La teora cuenta con un gran nmero de justificaciones en su favor, pero cuenta con ciertos inconvenientes.-Actualmente, las teoras sobre las deformaciones plsticas de metales se basan en la existencia de pequeas imperfecciones o defectos en los cristales. Se denominan dislocaciones, y la deformacin plstica es debida al movimiento de dislocaciones a travs de los planos de deslizamiento de un cristal bajo la accin de una tensin aplicada.-Otro modo de conseguir deformaciones plsticas es por maclado, que se origina por tensiones mecnicas, tensiones que aparecen durante el enfriamiento en el moldeo o por las que aparecen durante los tratamientos trmicos.Que es un ensayo:Los ensayos tienen como finalidad determinar las caractersticas de los materiales.Clasificacin de los ensayos:1.1 Ensayos de caractersticas Qumico: Determinar la composicin de los materiales. Cristales: Determinar la cristalizacin, se realiza mediante un microscopio electrnico.Microscpicos: Determinar el grano.Macroscpicos: Determinar la fibraTrmicos: Puntos de fusin. Puntos crticos.Constituyentes: (Ej. (Carburo de...)1.2 Ensayos destructivos: (E.D.)Ensayos de propiedades mecnicas: Estticos:Durezas, Traccin, Compresin, Cizalladura, Flexin, Pandeo, FluenciaDinmicos:Resistencia al choque, Desgaste, Fatiga1.3 Ensayos tecnolgicos: Determ. el comportamiento de los mat. ante operaciones industriales: Doblado, Plegado, Forja, Embuticin, Soldadura, Laminacin,...1.4 Ensayos No destructivos: (Por orden de importancia)Rayos X, Rayos Gamma (Se usa un istopo reactivo, uso de radiografas), Ultrasonidos, Partculas magnticas, Lquidos penetrantes, Corrientes Inducidas, Magnticos, Snicos (Es el ms utilizado, un mat. sin grietas tiene un sonido agudo; si el mat. Tiene grietas el sonido es ms grave.)Que es un ensayo de dureza:las propiedades mecnicas de los materiales son:COHESION: Resistencia de los tomos a separarse unos de otros.ELASTICIDAD: Capacidad de un material de recobrar su forma primitiva cuando cesa la causa que los deformara.PLASTICIDAD: Capacidad de un material a deformarse. Se clasifica en:MALEABILIDAD: Facilidad a deformarse en lminas.DUCTILIDAD: Facilidad a deformarse en hilos.Para determinar la cohesin se realizan ensayos de DUREZA y tamao del grano.Para determinar la elasticidad y la plasticidad se realizan ensayos de TRACCION y COMPRESION.2 - Definiciones de Dureza.a) Dureza al rayado: Resistencia que opone un material a dejarse rayar por otro.Dureza Mohs (mineralgica), Dureza Lima, Dureza Martens, Dureza Turner.b) Dureza a la penetracin: Resistencia que opone un material a dejarse penetrar por otro ms duro.HBS y HBW, HR, HV, HK, POLDI (Brinell dinmico), Herziana, Monotrn.c) Dureza elstica: Reaccin elstica del material cuando se deja caer sobre l un cuerpo ms duro.SHORE y Mtodo Dinmico.d) Dureza Pendular: Resistencia que opone un material a que oscile un pndulo sobre l.a) Dureza al Rayado.* Dureza MOHS: Se usa para determinar la dureza de los minerales. Se basa en que un cuerpo es rayado por otro ms duro. Esta es la escala de Mohs:1 - Talco 6 - Feldespato (Ortosa)2 - Yeso 7 - Cuarzo3 - Calcita 8 - Topacio4 - Fluorita 9 - Corindn5 - Apatita 10 - DiamanteLa fundicin gris esta entre 8 y 9; el hierro dulce en el 5; y los aceros entre 6,7 y 8.* Dureza MARTENS: Se basa en la medida de la anchura de la raya que produce en el material una punta de diamante de forma piramidal y de ngulo en el vrtice de 90, con una carga constante y determinada. Se aplica sobre superficies nitruradas. Se mide a en micras y la dureza Martens viene dada por:DUREZA MARTENS= peso en gr que produce en el material una huella de 10 micras* Dureza TURNER: Es una variante de la dureza Martens. La dureza viene dada en funcin de los gramos necesarios (carga necesaria, P) para conseguir una deformacin tal que a = 10 micras. El valor de las carga ser el valor de la dureza Turner.* Dureza a la lima: Se usa en industria. En todo material templado la lima no "entra". Dependiendo de s la lima entra o no entra sabremos:No entra, el material raya a la lima; Dureza mayor de 60 HRCEntra, la lima raya al material; Dureza menor de 60 HRCb) Dureza a la penetracin:* Dureza HERZIANA: Viene determinada por la menor carga que hay que aplicar a un material (con bolas de 1,5 a 4 mm. de acero extraduro) para que deje huella.* Dureza MONOTRON: Es una variante de la dureza Herziana. Viene expresada por la carga que hay que aplicar para producir una penetracin de 0,0018 pulgadas. El penetrador es una semiesfera de diamante de 0,75 mm. Tiene dos dispositivos, uno que da la carga aplicada y un sensor que para el ensayo cuando la penetracin es de 0,0018. * Dureza BRINELL ( HBS y HBW): UNE 7-422-85Este mtodo consiste en comprimir una bola de acero templado, de un dimetro determinado, sobre un material a ensayar, por medio de una carga y durante un tiempo tambin conocido.HB viene dado por:DUREZA=(fuerza aplicada (kgf))/(superficie esfrica de la huella)El valor de la carga P viene dado por: P = K D2, donde K=cte. de ensayo. El tiempo de ensayo es t=10 - 15 seg. segn normas UNE. Los valores de K para algunos materiales son: Aceros y elementos siderrgicos: K=30 ; Cobres, Bronces, Latones: K=10 ; Aluminio y aleaciones: K=5 ; Materiales blandos (Sn, Pb): K=2,5; No se utilizan los ensayos Brinell para durezas superiores a 500 (aceros templados), porque se deforman las bolas.Nomenclatura: XXX HBS (D/P/t) Ej. 156 HBS 10/3000/15Generalmente se usan bolas de 10 mm; cuando t = 15 seg. no hace falta indicarlo.Condiciones de ensayo: 1 - La superficie de la probeta debe ser plana, estar limpia, homognea y perpendicular a la bola, libre de xido y lubricantes.2 - El espesor de la probeta (s), debe ser al menos ocho veces la flecha de la impronta. ( s = 8f)3 - La distancia entre 2 huellas = (4:6) d; la distancia del centro de la huella al borde = (2,5:3) d.4 - Temperatura de ensayo = 23 C 5Uso de HBS:-Clculo de la resistencia a la traccin.r= mH n* Dureza Meyer ( HBW ): Es igual que la Brinell excepto que S es la superficie proyectada de la huella: HV=1,8544 P/l [kg/mm] * Dureza ROCKWELL ( HRx ): UNE 7-424/89/1 (Normal) UNE 7-424/89/2 (Superficial)El mtodo Rockwell se basa en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados, se determina la dureza en funcin de la profundidad de la huella. Permite medir durezas en aceros templados.Da directamente la dureza en el durmetro:- escala de bolas de 130 divisiones (rojo)- escala de conos de 100 divisiones (negro)Los ensayos se pueden realizar con 2 tipos de penetradores: Bolas de 1/8 y 1/16 y Conos de 120 ngulo en el vrtice.Las cargas se aplican en dos tiempos; primero se aplica la carga previa (10 3 Kp); y posteriormente se mete el resto de la carga. A partir de introducir la carga adicional se mide la dureza.La carga previa en HR normal es de 10 Kp y en HR superficial es de 3 Kp.Nomenclatura: XXX HRx t XXX HRS P/tCondiciones de ensayo:1 - La superficie de la probeta debe ser plana, estar limpia, homognea y perpendicular a la bola, libre de xido y lubricantes.2. El espesor de la probeta debe ser 10 veces la penetracin del cono. s = 10 f3-La distancia entre 2 huellas = 3d; la distancia del centro de la huella al borde = 2,5d4 - Temperatura de ensayo = 23 C 5C5. Si las piezas son cilndricas y d0,5 mm. => d0,01 mm.HV se redondea a la dcima.HV>25 ++> se redondea a la unidad.Ventajas del mtodo Vickers:1. Las huellas Vickers son comparables entre s; independientes de las cargas.2. Pueden medirse una amplia gama de materiales, desde muy blandos hasta muy duros, llegndose hasta 1.150 HV.3. Se pueden medir piezas muy delgadas con cargas peque-as, hasta espesores de orden de 0,05 mm.4. Puede medirse dureza superficial. (para determinar recubrimientos de los materiales)5. La escala Vickers es ms detallada que la Rockwell; 32 unidades Vickers = 1 unidad Rockwell6. Como es preciso examinar la huella puede comprobarse el estado del penetrador.* Dureza KNOOP ( HK ): Se usa para durezas normales (P=1-5 Kp), superficiales (P=1/2-1 Kp) y microdurezas (P=10 gr-500 gr).El penetrador esta hecho con una pirmide rmbica con relacin entre diagonales de 1:7. Sus ngulos entre aristas son a = 130 y b = 17030.El mtodo Knoop se emplea slo en laboratorio, para medir la dureza de lminas muy delgadas, incluso de depsitos electrolticos.Nomenclatura: XXX HK P/tCondiciones de Ensayo:1. D 3e (e= espesor de la probeta)* Dureza POLDI : Es una variable de la dureza Brinell. Es porttil. Es independiente del tiempo de carga.Se basa en ejercer una carga P sobre el durmetro que nos producir 2 huellas en dos probetas, una de dureza conocida y otra de dureza desconocida. La dureza esta en razn inversa del tipo del material (duro, blando).Nomenclatura: XXX HBS D POLDIc) Dureza elstica:* Dureza SHORE ( HS ): Se basa en la reaccin elstica del material cuando dejamos caer sobre l un material ms duro.Si el material es blando absorbe la energa del choque, si el material es duro produce un rebote cuya altura se mide.La prctica se realiza en un ESCLEROMETRO o escleroscopio, aparato 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 cada es de 254 mm. y la escala esta dividida en 140 divisionesNomenclatura: XXX HSCondiciones de ensayo: 1. Superficie plana, limpia, pulida y perpendicular al esclermetro.2. Hacer 3 ensayos y cada vez en sitios diferentes (endurecimiento de la superficie por el choque).Ventajas del mtodo Shore:1. No produce prcticamente ninguna huella en el material ensayado.2. Permite medir dureza superficial de piezas terminadas.3. Es el nico ensayo NO destructivo para medir durezas.* Mtodo Dinmico para ensayo de la dureza al rebote ( L ): Este mtodo se basa en las medidas de las velocidades de impulsin y rebote de un cuerpo mvil impulsado por un resorte contra la superficie del material metlico a ensayar.Existen curvas de relacin de L con HB y HRC.El tiempo de ensayo es de 2 seg. y el durmetro puede estar en cualquier posicin (horizontal, vertical, inclinado...), vasta con luego restar al resultado 10 si estaba horizontal, y diferentes valores(18...26) si estaba invertido.Uso industrial:Piezas de gran tamao, Mapas de dureza de una misma pieza.Ventajas:Operario No cualificado, Resultados independientes del operario* Dureza por rebote DUROSCOPIO:d) Dureza pendular:Se basa en la resistencia que opone un material a que oscile un pndulo sobre l. Sirve para materiales con reaccin elstica muy alta.Consiste en 2 pndulos, uno se apoya sobre un eje de cuarzo y el otro sobre el material a ensayar. Se dejan caer y empiezan a oscilar, como son diferentes materiales tienen diferentes durezas, luego hay una descompensacin de oscilaciones, cuando las oscilaciones coinciden de nuevo se mide el tiempo que han tardado en coincidir y luego con ese tiempo se traduce a la dureza correspondiente.* Mtodo UCI:Es un aparato porttil, con un penetrador piramidal de 136 entre caras de diamante. Se coloca el penetrador que vibra con una frecuencia y una carga de 5 Kp. Segn la huella que produce se genera una frecuencia de resonancia, que es traducida por el aparato al dato numrico de la dureza que se halla seleccionado, puesto que nos puede dar cualquiera (HBS, HRx, HV,...). Existe una relacin directa entre la frecuencia de resonancia y la dureza del material.* Relacin de HBS con HRb y HRc.Frmulas empricas de tolerancia 10%:Con esto quedan explicados los ensayos de dureza para cualquier tipo de material, al no haber podido encontrar nada acerca de los ensayos de dureza en los materiales plsticos.Ensayo de impactoMtodo para determinar el comportamiento del material sometido a una carga de choque en flexin, traccin o torsin. La cantidad que suele medirse es la energa absorbida al romperse la probeta en un solo golpe, como en el ensayo de impacto Charpy, el ensayo de impacto Izod y el ensayo de tensin por impacto. Los ensayos de impacto tambien se realizan sometiendo las probetas a varios golpes de intensidad creciente, como en el ensayo de impacto con cada de bola y el ensayo de impacto con golpe repetido. La resilencia al impacto y la dureza con rebote de proyectil se determinan en ensayos de impacto no destructivos. 1. 2. Efectos fragilizantes3. Energa de impacto4. Mtodos de ensayo5. Condiciones de ensayo para flexin por choque6. Ensayos de flexin por choque7. Bibliografa

a) INTRODUCCIONSi bien los ensayos estticos de traccin permiten conocer la capacidad de resistencia y deformabilidad de un metal cuando se lo somete a un esfuerzo progresivo, aplicado lentamente, estas propiedades pueden variar segn la naturaleza de las cargas y condiciones de trabajo a que se halle sometido. Es por ello, que en muchos casos deben considerarse los factores que inciden en la destruccin de la pieza de acuerdo al empleo prctico del mecanismo o estructura a la que pertenece; ya veremos, por ejemplo, que si el metal soporta tensiones dinmicas sucesivas (fatiga) o estticas a elevadas temperaturas (creep), la fractura se origina al disminuir su resistencia, en cambio en elementos sometidos a efectos exteriores instantneos o variaciones bruscas de las cargas, su falla se produce generalmente al no aceptar deformaciones plsticas o por fragilidad, an en aquellos metales considerados como dctiles. En estos casos, es conveniente analizar el comportamiento del material en experiencias de choque o impacto.Siendo las solicitaciones de choque o impacto de aplicacin prcticamente instantneas, las ondas de tensin generadas pueden no propagarse, provocando la rotura por deformaciones localizadas. Por lo expuesto, las propiedades mecnicas de los materiales sometidos a efectos dinmicos de choque se ven sensiblemente modificadas, aunque los mecanismos de deformacin plstica presumiblemente no varan con el modo de aplicacin de la carga.Estos hechos nos dicen que, si bien el ensayo de traccin esttico nos da valores correctos de la ductilidad de un metal, no resulta preciso para determinar su grado de tenacidad o fragilidad en condiciones variables de trabajo. Es por lo mismo que al calcular la Capacidad de Trabajo de Deformacin, partiendo de un diagrama de traccin, aclaramos que su magnitud slo es una medida comparativa y aproximada de la tenacidad y mdulo de resiliencia del metal.Los ensayos de choque determinan, pues, la fragilidad o capacidad de un material de absorber cargas instantneas, por el trabajo necesario para producir la fractura de la probeta de un solo impacto. Este nuevo concepto tampoco nos ofrece una propiedad definida del material, sino que constituye un ndice comparativo de su plasticidad, con respecto a las obtenidas en otros ensayos realizados en idnticas condiciones, dado que no admite otra condicin de comparacin o semejanza. Por lo tanto, deben tenerse muy en cuenta los distintos factores que producen el efecto fragilizante.Otra aplicacin del ensayo dinmico de choque es la de comprobar los distintos grados de revenido que pueden alcanzarse en los aceros, como tambin verificar el correcto recocido o forjado de los mismos, lo que muchas veces no es posible deducir de ensayos estticos, pues dan valores similares hasta para aquellos mal tratados. En estos casos, el tratamiento defectuoso se pone de manifiesto en las pruebas de impacto sobre probetas entalladas, al obtener valores muy inferiores de su resiliencia.Resumiendo, diremos que el objeto del ensayo de choque es el de comprobar si una mquina o estructura fallar por fragilidad bajo las condiciones que le impone su empleo, muy especialmente cuando las piezas experimentan concentracin de tensiones por cambios bruscos de seccin, maquinados incorrectos, bajas temperaturas, o bien verificar el correcto tratamiento trmico del material ensayado.b) EFECTOS FRAGILIZANTESLa falla por fragilidad resulta, ocasionada por diversos factores que, actuando juntos o separadamente, modifican las caractersticas mecnicas de los metales.De los muy variados estudios realizados pudo comprobarse que tres son las causales ms importantes de aquellas variaciones: la variacin en la velocidad de la deformacin producida por la rapidez en la aplicacin de la carga, la aparicin de estados complejos de tensiones generados por el "efecto de forma", y las bajas temperaturas que disminuyen la tenacidad de los metales.Teniendo en cuenta que los mecanismos de deformacin se desarrollan en el tiempo, es evidente que una variacin brusca de la carga aplicada puede demorar el inicio de la deformacin plstica y, an ms, limitarla a valores inferiores a los observados en solicitaciones estticas.Sabemos que las entallas generan picos de tensin, el estado crtico no se alcanza de manera uniforme en la seccin de impacto, produciendo fisuras que pueden propagarse rpidamente en toda la seccin.Por ltimo, como experimentalmente comprobamos que los valores de trabajo o energa necesaria para producir la rotura varan con la temperatura, es necesario fijar lo que llamaremos temperatura de transicin, es decir, aquella en a cual el material cambia su capacidad de deformacin (dctil a frgil).b-1) VELOCIDAD DE DEFORMACIONESLas cargas descriptas, de variacin brusca, no podrn ser analizadas de la misma manera que en los ensayos estticos, sino como ondas de tensin que, al propagarse en el volumen de la probeta, generan deformaciones por los mismos mecanismos que en solicitaciones estticas, pero su propagacin y acumulacin sern funcin de la velocidad de variacin de la amplitud de tensin.El anlisis terico del proceso exige evaluar el fenmeno de propagacin de ondas, la relacin y el mecanismo de generacin y ampliacin, de las grietas de deformacin.Desde el punto de vista experimental, la figura 1 confirma el retraso en la aparicin de las deformaciones plsticas, el aumento de la resistencia y de la energa absorbida con el aumento de la velocidad de deformacin.

Figura 1Existe una velocidad de transicin en el comportamiento de los metales (velocidad crtica de rotura), superada la cual la rotura se produce por deformaciones localizadas prximas a la zona de impacto y para deformaciones totales considerablemente inferiores a las de velocidades menores que la crtica (efecto fragilizante).Los valores obtenidos de la velocidad crtica de rotura para distintos metales oscilan entre 50 y 150 m/s para el estado de traccin simple a temperatura ambiente.b-2) ESTADO TRIAXIAL DE TENSIONESSi son las tensiones normales las responsables de la propagacin de las microgrietas de deformacin, un aumento relativo de las tensiones principales de traccin, con respecto a la tensin tangencial mxima, aumenta la probabilidad de ocurrencia de las roturas por arrancamiento, como ocurre en los estados biaxiales y triaxiales de tensiones.Un estado de tensin como el descrito, de tensiones principales positivas, se logra en la prctica entallando la probeta a ensayar.b-3) TEMPERATURA DE TRANSICIONLa informacin obtenida a partir del ensayo de traccin sobre aceros de bajo carbono a distintas temperaturas nos permiten evaluar la influencia de la temperatura sobre el tipo de rotura, figura 2.Los ensayos han demostrado la existencia de una muy baja temperatura, por debajo de la cual la resistencia desciende a valores coincidentes con el lmite superior de fluencia.Entre las temperaturas Tc1 y Tc2 aparece el fenmeno de fluencia con la consiguiente deformacin plstica aumentando la tendencia a la generacin de las microfisuras, las que sin embargo no se propagan con la misma facilidad que en el caso anterior debido a que los lmites de grano se comportan como elementos de contencin, producindose la fractura por arrancamiento para valores de tensin iguales al lmite de fluencia inferior.En el intervalo de temperaturas Tc2 - Tc3, disminuyen simultneamente la generacin y propagacin de las microgrietas al aumentar la tendencia a la deformacin plstica, lo que provoca un incremento en la tensin normal capaz de propagarlas y, por consiguiente, de la resistencia de material.Por encima de la temperatura Tc3 la probabilidad de ocurrencia de la rotura frgil disminuye rpidamente o lo que es lo mismo aumenta la ductilidad hasta alcanzar los valores observados a temperatura ambiente.

Figura 2Existe por lo visto una transicin dctil-frgil en el comportamiento del material en funcin de la temperatura, llamndose temperatura de transicin a aqulla en la cual se produce el cambio. Temperaturas de transicin prximas a la de ambiente elevan la probabilidad de roturas frgiles en condiciones normales de servicio.La temperatura de transicin es funcin para un mismo material del estado de tensin, aumentando a medida que disminuye la tensin tangencial mxima para un mismo valor de la tensin principal de traccin.c) ENERGIA DE IMPACTOLos ensayos dinmicos de choque se realizan generalmente en mquinas denominadas pndulos o martillos pendulares, en las que se verifica el comportamiento de los materiales al ser golpeados por una masa conocida a la que se deja caer desde una altura determinada, realizndose la experiencia en la mayora de los casos, de dos maneras distintas segn que la probeta rompa por flexionamiento (flexin por choque) o que su rotura se alcance por deformacin longitudinal (traccin por choque). Los valores obtenidos en estos ensayo son nicamente comparables, en materiales con propiedades similares ya sean siempre dctiles o frgiles, cuando se realizan sobre el mismo tipo de probeta y en idnticas condiciones de ensayo.La mquina de ensayo determinar el trabajo absorbido por el material cuando ste es roto de un solo golpe por la masa pendular y su valor en kgmf o Joule, o relacionndolo con la seccin o volumen de la probeta, segn el mtodo nos indicar la resistencia al choque o capacidad del material para absorber cargas dinmicas de impacto (resiliencia).El principio de funcionamiento de las mquinas utilizadas es el que ilustra esquemticamente la figura 3, en donde una masa o peso G asegurada a una barra que puede girar libremente sobre un eje 0, es elevada a una altura h1, desde su posicin vertical de reposo, la que tambin es posible indicar por el ngulo 1

Figura 3Si en estas condiciones se la deja caer y en el punto P, ubicado sobre la vertical del desplazamiento del pndulo, se coloca una barra de un material determinado, la masa al chocar con ella producir su rotura, si la energa que posee el pndulo es mayor que la necesaria para alcanzarla, en cuyo caso continuar su trayectoria elevndose hasta una altura h2 indicada tambin por el ngulo 2El trabajo empleado entonces en romper la barra ser la diferencia entre la energa inicial del pndulo y la que posee al final de su carrera.Ao = Al - A2Al = G. h1 y A2 = G. h2Ao = G (h1 - h2)y en funcin de los ngulos, tenemos: h1 = OP - OA en donde OP es el brazo del pndulo igual a R. Del tringulo OABOA = R. Cos(1) reemplazandoh1 = R - R cos 1 = R (1 cos 1)Procediendo en igual forma para la altura despus del choqueh2 = R - R cos 2 = R (1 - cos 2)reemplazando estos valores en la diferencia de trabajos, nos quedaAo = GR (1 - cos 1) - GR (1 cos 2)Ao = GR (cos 2 cos 1)El valor numrico en kilogrmetros o en Joule del trabajo gastado para producir la rotura queda indicado sobre una escala convenientemente graduada que posee la mquina, o bien resulta de la frmula anterior en donde los valores de los ngulos se miden sobre un cuadrante que se encuentra en la parte superior de aqulla.El trabajo o energa registrada ser considerada aceptable cuando las prdidas por friccin entre las partes metlicas de la mquina, para la marcha en vaco, sea inferior al 0,4 % de la energa mxima.d) METODOS DE ENSAYOLos mtodos propuestos por Izod en 1903 y por Charpy en 1909, consisten en romper el material que se ensaya, bajo un efecto dinmico que se produce por el impacto sobre el mismo de una masa de peso y velocidad conocida. En ambos casos la rotura se produce por flexionamiento de la probeta, por lo que se los denomina flexin por choque.En los casos en que se pretenda obtener mejores condiciones de traccin pura, por la rapidez en la aplicacin de las cargas, se pueden realizar ensayos dinmicos de traccin por choque.Adems, en la determinacin de las temperaturas de transicin de aceros estructurales, las normas aconsejan el empleo de martinetes con probetas especiales (mtodo A.S.T.M).Para el estado de tensin creado por la solicitacin dinmica de choque, la velocidad de aplicacin de carga estandarizada es superior a la crtica de rotura, por lo que la deformacin ser localizada con epicentro en la entalla, figura 4a.

Figura 4Dada la gran dificultad que existe en la evaluacin del volumen deformado, es que el trabajo total de deformacin no se define como la energa por unidad de volumen como lo hacamos en traccin esttica "Capacidad de Trabajo de Deformacin", sino por la energa requerida para provocar la rotura por unidad de rea de la seccin transversal entallada o resiliencia, o directamente por la energa absorbida.d-1) FLEXION POR CHOQUE SOBRE BARRAS SIMPLEMENTE APOYADAS (METODO CHARPY)Con la finalidad de que el material est actuando en las ms severas condiciones, el mtodo Charpy utiliza probetas entalladas (estado triaxial de tensiones) y velocidades de deformacin de 4,5 a 7 m/s, siendo el entorno recomendado por las normas el de 5 a 5,5 m/s.

Figura 5Las probetas se colocan, como muestra la figura 5, simplemente apoyadas sobre la mesa de la mquina y en forma tal que la entalladura se encuentra del lado opuesto al que va a recibir el impacto. En la misma figura se puede observar la correcta posicin del material como as tambin la forma y dimensiones de los apoyos y de la pena del martillo pendular.Respecto al "filo" o extremo de la masa pendular, la norma A.S.T.M. E-23 indica que debe presentar un ancho de aproximadamente 4 mm, redondeado con un radio de 8 mm.Las probetas utilizadas por Charpy eran de seccin cuadrada de 30 mm de lado por 160 mm de largo y la entalladura de 1 mm de ancho con una profundidad de 15 mm terminaba en un orificio de 2 mm de dimetro; para sus ensayos la luz entre los bordes de los apoyos era de 130 milmetros. Estas probetas son muy poco utilizadas en la actualidad, siendo reemplazadas por otros tipos que mantienen, en algunos casos, idntica forma pero de menores dimensiones, las que varan de acuerdo a las normas utilizadas.La eleccin del tipo de probeta depende del material a ensayar, adoptndose para cada caso la que d resultados ms satisfactorios; en general se emplean las de entalladuras ms profundas y de menor ancho para los metales ms dctiles.Las I.R.A.M. aconsejan realizar el ensayo de choque por el mtodo Charpy, con el empleo de probetas entalladas aprobadas por I.S.O. (International Standards Organization, ex I.S.A.) que tienen las dimensiones indicadas en la figura 5, pudiendo reducirse la profundidad de la entalladura, para materiales de poca resistencia a la flexin por choque, a 3 mm para el tipo B y a 2 mm para el C, obtenindose en este ltimo caso la probeta denominada Msnager, o bien variarse el ancho a 7,5; 5 6 2,5 mm para el tipo A, cuando el espesor del producto sea inferior al necesario para el maquinado de la probeta standard, en cuyo caso debe aclararse la probeta utilizada.

Figura 6Las probetas indicadas en la figura 6 son usadas preferentemente para el ensayo de metales ferrosos. La norma DIN 50 116 indica para el cinc y sus aleaciones, probetas sin entallas de secciones cuadradas y trapeciales. La seccin cuadrada de 6 X 6 mm se emplea en aleaciones forjadas y la trapecial de 6,1 X 5,9 X 6,0 mm de altura para aleaciones de fundicin inyectable; en todos los casos el largo de las probetas es de 75 mm, mantenindose la luz entre apoyos en 40mm.El impacto sobre las probetas de seccin trapezoidal debe darse en la cara ms angosta.La resiliencia o resistencia al choque resulta, segn este mtodo, el trabajo gastado por unidad de seccin transversal para romper al material de un solo golpe:Resiliencia = K = Ao/S (kgfm/cm2 0 joule/cm2)En la actualidad se tiende a evitar el clculo de la resiliencia, expresndose los resultados de ensayos simplemente en trminos de energa de rotura.SUPERFICIE DE ROTURALas fracturas por flexin por choque se originan por accin de las tensiones normales mximas en el plano de la entalla, variando desde la completamente frgil, cristalina brillante u opaca, hasta la completamente dctil por deslizamiento o fibrosa.En los estados intermedios de roturas cristalino-fibrosas, la misma se origina por arrancamiento en la zona central prxima a la entalla y concluye por deslizamiento en los bordes, variando paulatinamente la relacin superficial entre ambas roturas con el material y la temperatura.TEMPERATURA DE TRANSICIONLa determinacin del rango de temperaturas, en el cual se produce la transicin dctil-frgil de un material, a travs del ensayo de Charpy, tiene la gran ventaja con respecto a otros estados de tensin y de velocidad de deformacin, de que existe una gran correlacin entre los resultados obtenidos en laboratorio con los observados en servicio.

Figura 7Ensayos de Charpy con probetas tipo A, a distintas temperaturas, han demostrado que el aumento progresivo de la misma provoca un aumento de la energa de impacto, hasta estabilizarse para determinados valores de energa y que la transicin en el comportamiento se produce en un rango de temperaturas, de amplitud variable con el material de ensayo. Al no existir una nica temperatura de transicin su determinacin ser puramente convencional, variando para un material dado segn las especificaciones utilizadas.Dos son los mtodos que basan su definicin en valores de energa y un tercero, adoptado por ASTM, lo hace como relacin entre las superficies de arrancamiento y deslizamiento:a) Temperatura para la cual la energa absorbida es 15 lb-pie (21 joule), Tdab) Temperatura correspondiente a una energa de rotura igual al valor medio entre las correspondientes a las asntotas de la funcin Energa-Temperatura, Tdbc) Temperatura en que se obtienen iguales superficies de rotura frgil y dctil.d-2) FLEXION POR CHOQUE DE BARRAS EMPOTRADAS (METODO IZOD)

Figura 8En el mtodo Izod la probeta se coloca en voladizo y en posicin vertical, siendo asegurada por la mesa de apoyo de modo tal que la entalladura quede en el plano de las mordazas; en estas condiciones el extremo del martillo golpea al material a 22 mm de las mismas, como indica la figura pudiendo realizarse ms de un ensayo sobre la misma probeta, cuando se emplean las del tipo b de la figura 8, la que tambin puede construirse de seccin circular, que presenta la ventaja de que permite determinar la energa de rotura sobre caras o generatrices opuestas y a diferentes profundidades de la muestraLa probeta standard Izod es la indicada en la figura 8, pudindose emplear la redonda de la figura 9, que da resultados similares y, por lo tanto, comparables con los obtenidos con la normal, presentando la ventaja sobre sta de su mayor facilidad de maquinado.

Figura 9En estas pruebas, los valores de ensayos se dan directamente por la energa de Impacto en kgfm o Joule, no siendo recomendable su uso para temperaturas distintas de la ambiente.e) CONDICIONES DE ENSAYO PARA FLEXION POR CHOQUE

Figura 101) Las probetas presentarn sus dimensiones dentro de las tolerancias indicadas en las normas respectivas, debido a que el tamao de las mismas influye en los valores de ensayo.Las probetas deben terminarse sin marcas de herramienta, sin llegar necesariamente a su pulido, especificando claramente la forma de extraccin con respecto a la direccin de laminado, por producirse modificaciones significativas en el comportamiento de los metales bajo efectos de impacto con la orientacin relativa de la probeta con el laminado (figura 10).2) Las entalladuras tienen gran influencia en los resultados del ensayo, especialmente por el radio de la curva de enlace, por lo que las mismas deben realizarse con gran exactitud mediante el empleo de mechas, presas o amoladoras, presentando sus caras sin rayaduras ni marcas y perfectamente paralelas segn el tipo de probeta.Definida la temperatura de transicin en trminos de la energa absorbida, el cambio de entalla provoca una variacin de importancia no slo en la forma de la transicin sino tambin en el valor de temperatura en la que se produce

Figura 11Es de resaltar la gran dispersin obtenida para la probeta tipo B en el entorno de la transicin dctil-frgil, rea rayada de la figura.3) La temperatura del ensayo deber ser de 20 1 C, o bien la especificada para el material; si se emplea el mtodo Charpy las probetas pueden ser llevadas a la temperatura deseada y ensayadas inmediatamente, no as para el mtodo Izod en donde tambin deber calentarse o enfriarse el soporte donde van empotradas. En ambos mtodos la muestra debe alcanzar el equilibrio trmico en toda su masa, condicin que se cumple manteniendo la probeta a la temperatura deseada ms de 5 min., si el medio refrigerante es liquido, o ms de 60, si es gaseoso. Para ensayos a altas temperaturas el tiempo mnimo de permanencia ser de 10 a 60 min., segn que la temperatura resulte inferior o no a los 260 C respectivamente.4) La velocidad de impacto modifica los valores de la energa de rotura: el aumento de la velocidad en la aplicacin de la carga produca un aumento en el valor del limite de fluencia, pero disminua ligeramente la ductilidad del material; de la misma manera, en los ensayos de choque el aumento de la velocidad de impacto produce un aumento en su fragilidad o en otras palabras una disminucin en la energa de rotura.5) Se verificar la correcta posicin del pndulo y de la probeta teniendo presente que, cuando aqul se encuentra suspendido, el extremo redondeado del martillo Charpy o el borde del Izod debern tocar levemente el material a ensayar.6) La probeta se colocar de modo que el centro de la entalladura coincida con el plano que recorre el eje del martillo o bien la coincidencia se producir con el eje longitudinal de la probeta, en el mtodo Izod.7) La arista del martillo Charpy deber entrar en contacto simultneo con todo el ancho de la cara de la probeta opuesta a la entalladura.Para satisfacer estas tres ltimas condiciones las mquinas presentan calibres de control.8) Los pndulos standard utilizados tendrn alcances mximos de 300 10 Joule para el ensayo Charpy y de 162,3 3,4 Joule para el Izod, con un error permitido de hasta 0, 5 %.9) El valor de energa absorbida resultar siempre del promedio de tres determinaciones como mnimo y, en el caso de ensayos a temperaturas distintas de la ambiente, se deber calentar o enfriar a las probetas simultneamente.10) Los valores de la velocidad, energa de impacto, temperatura de ensayo y tipo de probeta utilizada, debern consignarse al comienzo del informe sobre la- experiencia realizada.f) ENSAYOS DE FLEXION POR CHOQUEf-1) FLEXION POR CHOQUE DE ACEROS AL CARBONOMaterial: Aceros SAE 1006 a 1070.Mtodo: Charpy con entalla en VEFECTO DEL CARBONO Y AGREGADOSEn correspondencia con lo visto al analizar las propiedades de los aceros para el estado de traccin simple, un aumento en el porcentaje de carbono o lo que es lo mismo un incremento de la estructura perltica, provoca una disminucin de la tenacidad del material, que se manifiesta en los ensayos de flexin por choque como una disminucin de la energa de rotura a temperatura ambiente (de aproximadamente 300 a 15 Joule) y un aumento en la temperatura de transicin de aproximadamente - 70 a + 1000 C, para una variacin del porcentaje de carbono de 0,01 a 0,67 %, figura 12 Considerando como temperatura de transicin "a la temperatura para la cual la energa absorbida cm de 21 Joule", Tda de la figura 7

Figura 12Otro efecto observado es la variacin del salto de temperatura que provoca la transicin dctil-frgil; as para aceros de 0,01% a 0,11% de C se pasa de una a otra fractura para pequeas diferencias de temperaturas, las que aumentan considerablemente para los de 0,22% a 0,31%. A partir de 0,43% de C los diagramas Ao - T tienden ala horizontal, indicando que las temperaturas se deben elevar considerablemente para cambiar las caractersticas de plasticidad del material, an para pequeas variaciones en el valor de la energa.Es de hacer notar que, si bien una transicin suave puede ser beneficiosa, la mayor ductilidad est definida por altos valores de la energa absorbida y bajas temperaturas de transicin (aceros de 0,01 % a 0,31 % de carbono).Por otra parte, elementos de aleacin como el manganeso, nquel, silicio, etc., mejoran la capacidad de los aceros para absorber cargas dinmicas por aumento de la energa y/o por disminucin de la temperatura de transicin.En general, aceros con manganeso en porcentajes menores del 2 %, experimentan una disminucin de su temperatura de transicin de aproximadamente 60 C por cada 0,10% de manganeso agregado, figura 13.

Figura 13Otros elementos como el fsforo y el azufre, imposibles de ser totalmente eliminados en el proceso de obtencin de los aceros, producen por el contrario un efecto fragilizante, por ejemplo un aumento de 0,01 % de fsforo origina una elevacin de 7 C en la transicin dctil-frgil.EFECTO DEL TRATAMIENTO TERMICOAn cuando las modificaciones en la microestructura de un acero, como resultado de distintos tratamientos trmicos, pueden otorgar a los productos terminados propiedades mecnicas similares, originan importantes variaciones de su comportamiento bajo efectos dinmicos de choque, figura 14.Teniendo en cuenta la gran dependencia de la energa absorbida y de la temperatura de transicin con la microestructura, el ensayo de choque es el medio ideal para la verificacin y control de calidad de los tratamientos trmico realizados.

Figura 14RELACION Ao - - TLa figura 14 obtenida sobre trabajos de N. S. Pellini - 1971 para ensayos de flexin por choque en aceros de igual aleacin pero distinta composicin (SAE 10xx), muestra la variacin de la energa de rotura con la temperatura y el lmite de elasticidad del material.

Figura 15Como ya hemos visto (fig. 12), a una temperatura dada la energa absorbida decrece con el aumento de la resistencia de los aceros hipoeutectoides, disminucin que tambin se manifiesta para cada tipo de acero al bajar la temperatura.Es decir que, en un grfico tridimensional como el de la figura 15, podremos definir un rango de temperaturas de transicin a composicin qumica constante y otro de resistencia de transicin a temperatura constante. Quedar as definida una superficie de rotura dctil-frgil, mixta o de transicin de manera que el grfico nos d una visin generalizada del comportamiento de los aceros al carbono bajo solicitaciones dinmicas.f-2) FLEXION POR CHOQUE DE FUNDICION ESFEROIDALMaterial: Fundicin esferoidal de colada ("as-cats"), recocido, normalizado y revenido, templado y revenido.Probetas: Charpy: 10 X 10 X 55 mm; entalla en V a 45 (fig. 8 -8). Izod: 10 X 10 X 75 mm; entalla en V a 450 (fig. 8-12).Pndulo: Tinius Olsen de 36,5 kgfm y 16,6 kgfm para Charpy e Izod.Valores de ensayos:Sin TratarCharpy0,50,50,5

Izod0,150,150,15

RecocidaCharpy11,51

Izod1,251,51,25

NormalizadaCharpy0,50,50,75

Izod0,250,250,25

TempladaCharpy0,50,50,75

Izod0,350,50,25

Los valores corresponden a la energa de rotura Ao en kgfm.f-3) FLEXION POR CHOQUE DE METALES NO FERROSOSLos metales y aleaciones no ferrosas pueden o no coincidir con las caractersticas de transicin dctil-frgil correspondientes a los aceros y sus aleaciones.El cinc, que de acuerdo a normas se ensaya en flexin por choque entre 20 y +40 C, presenta a bajas temperaturas muy pequea resiliencia, la que se eleva considerablemente para valores ligeramente superiores a la del ambiente. Sin embargo, aumentando la temperatura, tiene tendencia a disminuir su capacidad de absorber energa; esta caracterstica es de importancia si se tiene en cuenta que la disminucin de la ductilidad puede corresponder a temperaturas de uso del material.El comportamiento del cobre, aluminio y sus aleaciones bajo efectos dinmicos de impacto, resulta distinto al de los aceros y el cinc, pues la disminucin de la temperatura acrecienta ligeramente la ductilidad.En el nquel y sus aleaciones el aumento de la resiliencia es de importancia, al disminuir la temperatura y slo para valores muy bajos de sta se produce una ligera disminucin de la energa de rotura.El aumento de la tenacidad con la disminucin de la temperatura, tiene lugar en los metales que presentan estructura cristalina correspondiente al sistema cbico de caras centradas.FLEXION POR CHOQUE DE COBRE Y ALEACIN (ASTM 260)Materiales: Cobre electroltico y aleacin ASTM 260 (Cu = 70 %;Zn = 30 %)Mtodo: Izod.El cobre y los llamados latones monofsicos, como el ensayado (figura 16) son ejemplos tpicos de metales de estructura cbica de caras centradas. Se verifica el aumento de la energa al disminuir la. temperatura y la carencia del perodo de transicin dctil-frgil en el rango de temperaturas de ensayos.Adems, la aleacin obtenida con Zn presenta un aumento de la tenacidad por incremento de la energa a igual temperatura, con respecto al cobre electroltico.

IMPORTANCIA DE LA MECANICA DE LAS FRACTURAS

El mtodo de mecnica de fractura permite disear y seleccionar materiales teniendo en cuenta almismo tiempo la presencia inevitable de imperfecciones.Se debe considerar tres variables: La propiedad del material El esfuerzo que debe resistir el material El tamao de la imperfeccin

Seleccin de un material:si se conoce el tamao mximo de las imperfecciones y el material y lamagnitud del esfuerzo aplicado, se puede seleccionar un material que tenga una tenacidad a lafractura suficientemente grande como para evitar que crezca la imperfeccin

Diseo de un componente:si se conoce el tamao mximo de cualquier imperfeccin en elmaterial (y; en consecuencia, su Kc o KIc ) ya fue seleccionado, se puede calcular el esfuerzomximo que puede resistir el componente. Entonces se puede disear el tamao adecuado de laparte para asegurar que no exceda el esfuerzo mximo

Diseo de un mtodo de fabricacin o de ensayo:si se ha seleccionado el material, si se conoce elesfuerzo aplicado y el tamao del componente es fijo, se puede calcular el tamao mximo de laimperfeccin que se puede tolerar. Una tcnica de ensayo no destructivo que detecte cualquierimperfeccin mayor que su tamao critico, puede ayudar a asegurar que la parte funcionara conseguridad

FRACTURA FRGILToda grieta o imperfeccin limita la capacidad de un cermico para resistir un esfuerzo a latencin. Esto se debe a que una grieta (que a veces se llama imperfeccin de Griffith) concentra yamplifica el esfuerzo aplicado

Ensayo de fatigaMtodo para determinar el comportamiento de los materiales bajo cargas fluctuantes. Se aplican a una probeta una carga media especfica (que puede ser cero) y una carga alternante y se registra el nmero de ciclos requeridos para producir la falla del material (vida a la fatiga). Por lo general, el ensayo se repite con probetas idnticas y varias cargas fluctuantes. Las cargas se pueden aplicar axialmente, en torsin o en flexin. Dependiendo de la amplitud de la carga media y cclica, el esfuerzo neto de la probeta puede estar en una direccin durante el ciclo de carga o puede invertir su direccin. Los datos procedentes de los ensayos de fatiga se presentan en un diagrama S-N, que es un grfico del nmero de ciclos necesarios para provocar una falla en una probeta contra la amplitud del esfuerzo cclico desarrollado. El esfuerzo cclico representado puede ser la amplitud de esfuerzo, el esfuerzo mximo o el esfuerzo mnimo. Cada curva del diagrama representa un esfuerzo medio constante. La mayora de los ensayos de fatiga se realizan en mquinas de flexin, de vigas rotativas o de tipo vibratorio. El ensayo de fatiga se describe en "Manual on Fatigue Testing", ASTM STP 91-A y "Mechanical Testing of Materials", A.J. Fenner, Philosophical Library, Inc. ASTM D-671 describe un procedimiento estndar del ensayo de fatiga de los plsticos en flexin.

Ensayo de fatigaCon el ensayo de fatiga se comprueba el comportamiento duradero de una espuma bajo carga mecnica constante. Ello corresponde, por ejemplo, a la carga a la que se somete un asiento de automvil durante su utilizacin. Este ensayo se describe en ISO 3385 y otras normas de fbrica. En un primer paso se miden la dureza de indentacin y el espesor de la probeta de un a