Manual de Practicas Metrologia y Normalizacion

TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE CHIMALHUACÁNOrganismo Público Descentralizado del Gobierno de Estado de México

SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA

División de Ingeniería Mecatronica

Manual de Prácticas para Ciencia e Ingeniería de los Materiales

Elaboró: Ing. Luis Ricardo Hernández Macías



Carrera: INGENERIA MECATRÓNICA Profesor(a): Ing. Luis Ricardo Hernández Macías

Asignatura: Ciencia e Ingeniería de los Materiales Alumno:

Fecha de elaboración: SEMESTRE: Grupo:

Numero de la práctica: 1

Nombre de la práctica: Principios básicos de tensión

Titulo (Tema o Subtema Del Programa De La Asignatura): Tención

Calificación: Firma de conformidad:

Principios básicos de la tensión en los materiales.

Objetivos:

Conocer la importancia de la prueba de tensión.

Conocer las características y especificaciones que se deben tener en los materiales a utilizar como las probetas de acero.

Saber manejar adecuadamente las mordazas que sujetan la probeta, y así mismo garantizar que la fuerza sea efectuada en el eje central de la máquina.

Conocer las especificaciones para la Prueba de Tensión.

Estar en capacidad de interpretar los datos arrojados por la práctica para la prueba de tensión.




PRACTICA 1

Introducción

Este ensayo es utilizado para medir la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Esta prueba consiste en alargar una probeta de ensayo por fuerza de tensión, ejercida gradualmente, con el fin de conocer ciertas propiedades mecánicas de materiales en general: su resistencia, rigidez y ductilidad. Sabiendo que los resultados del ensayo para un material dado son aplicables a todo tamaño y formas de muestra, se ha establecido una prueba en la cual se aplica una fuerza de tensión sobre una probeta de forma cilíndrica y tamaño normalizado, que se maneja universalmente entre los ingenieros. Este ensayo se lleva a cabo a temperatura ambiente entre 10ºC y 35ºC. A continuación se presenta un dispositivo utilizado para realizar este tipo de ensayos (Ver Figura No. 1).




COMPORTAMIENTO DE LOS DISTINTOS MATERIALES FRENTE AL ENSAYO.

El comportamiento de los distintos materiales frente al ensayo se encuentra ilustrado en la siguiente gráfica. La figura No. 2 muestra en forma cualitativa las curvas de esfuerzo-deformación unitario normales para un metal, un material termoplástico, un elastómero y un cerámico. En esta figura, las escalas son cualitativas y distintas para cada material. En la práctica, las magnitudes reales de los esfuerzos y las deformaciones pueden ser muy distintas entre sí. Se supone que el material plástico está arriba de su temperatura de transformación vítrea (Tg), mientras que los materiales metálicos y termoplásticos muestran una región inicial elástica, seguida por una región plástica no lineal. También se incluye una curva aparte para los elastómeros (es decir, hules o siliconas), ya que el comportamiento de esos materiales es distinto del de otros materiales poliméricos. Para los elastómeros, una gran parte de la deformación es elástica y no lineal. Por otra parte los cerámicos y los vidrios solo muestran una región elástica lineal y casi nunca muestran deformación plástica a temperatura ambiente. (Ver figura No. 2)

CARACTERÍSTICAS Y ESPECIFICACIONES DE LA PROBETA

A continuación se presentan las características y especificaciones de las probetas utilizadas en la prueba de Tensión. La probeta de ensayo se obtiene generalmente por maquinado de una muestra del producto trabajado en frio o fundido. La sección




transversal de las probetas puede ser circular, cuadrada, rectangular o en casos especiales de cualquier otra forma.

Probetas proporcionalesLas probetas de ensayo cuya longitud inicial se relaciona con el área inicial de la sección transversal Lo = K A0, son llamadas Probetas Proporcionales. El valor adoptado internacionalmente para K es 5.65. La longitud calibrada inicial no puede ser menor de 20 mm. Cuando el área transversal de la probeta es demasiado pequeña es necesario un valor de K más alto, de 11.3.

NOTA: En nuestro caso el diámetro de la probeta utilizada para la práctica de tensión es de 6 mm. La norma internacional exige ½ pulgada. Esto invalida la prueba desde el punto de vista de una certificación oficial, mas no desde el punto de vista de los resultados analíticos.

Probetas maquinadasLas probetas de ensayo maquinadas deben tener una curva de transición entre los agarres de las mordazas y la longitud paralela si estas son de diferentes dimensiones. Los extremos de agarre pueden ser de cualquier forma siempre y cuando se adapten a las mordazas de la máquina. La longitud libre de las mordazas siempre debe ser mayor que la longitud inicial calibrada.

Probetas no maquinadasSi la probeta es de una longitud no calibrada, la longitud libre entre las mordazas debe ser suficiente para que las marcas calibradas queden a una distancia razonable de las mordazas.

Marcación de la longitud inicial (Lo)Para probetas proporcionales, el valor de la longitud calibrada inicial puede aproximarse al múltiplo de 5 mm más cercano, cuidando que la diferencia entre la longitud calibrada calculada y la marcada sea menor de 10% de Lo. La longitud calibrada inicial se debe marcar con una precisión de +/- 1%. La marcación es un aspecto fundamental, ya que al finalizar la prueba podremos medir la longitud final (Lf), y de esta forma calcular el % de elongación el cual es dependiente de las longitudes inicial y final.

MÁQUINA UTILIZADA EN LA REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA

La máquina utilizada en el laboratorio para la realización de esta práctica es una Prensa Hidráulica. Esta máquina se utiliza para dar forma, extruir, marcar metales y para evaluar la ductilidad de ciertos materiales metálicos sometidos a grandes presiones.




A continuación se presentan las partes de esta máquina, para facilitar su comprensión. (Ver Figura No. 8).

Base fija superior e inferiorSon las dos bases que le dan la estabilidad general a la máquina, unidas mediante las dos columnas paralelas. (Ver Figura No. 8)

Mesa móvil superiorEsta mesa, al ser empujada hacia arriba por el gato hidráulico, arrastra la mesa móvil inferir (por intermedio de las dos columnas móviles) y así, estira la probeta montada entre XXX mesa móvil y la base fija inferior.

Gato hidráulico




El gato hidráulico al ser expandido mediante el bombeo cae la palanca, actúa en un transductor de presión instalado entre su vástago y la base del manómetro. Este transductor de presión, cuyo embolo interno tiene un diámetro 56.8 mm, nos permite calcular la fuerza ejercida sobre la probeta, al leer la presión del manómetro.

Calibrador vernierEste calibrador se coloca entre la mesa móvil superior de la prensa y la base fija superior; su función es efectuar la medición de la elongación de las probetas utilizadas durante la prueba.

Indicador de presiónEste indicador es un manómetro que marca la presión ejercida sobre el aceite. La presión es causada por el gato hidráulico dentro de un pistón intermedio (transductor) entre su vástago y la mesa móvil superior. Tiene dos tipos de escalas, en Psi y en Bar.

Mordazas de tensiónEsta parte de la máquina se utiliza para realizar la prueba de tensión; entre estas mordazas, es colocada la probeta que tiene dos hombros que facilitan el agarre a cada una de las mordazas; las mordazas giran en su eje central y permiten ser ajustadas al tamaño de la probeta en sus dos extremos; este ajuste debe hacerse cuidadosamente a mano hasta llegar a dejar fija la probeta; ambas mordazas deben ser ajustadas girándolas hacia la derecha.

PASOS PARA LA REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA DE TENSIÓN.

1. A continuación se explicará de manera detallada los pasos que se tienen que realizar para llevar a cabo con éxito esta práctica:

2. Realizar la medida de la longitud y el diámetro inicial de ambas probetas a utilizar en la prueba, con la ayuda de un calibrador Vernier. Es importante que se realice una marca con la ayuda de un marcador en las probetas, que indique el lugar donde se van a realizar las mediciones del diámetro y la correspondiente a la longitud inicial Lo.

3. Es importante recordar que es necesario que las mordazas se deben ajustar convenientemente con las manos, para cuando se lleve la probeta entre perfectamente y luego, se ajustan bien, manualmente. Hay que asegurarse que la probeta está alineada, es decir, que coincida con las marcas presentes en los soportes.




4. Se le coloca el seguro al gato y se comienza a bombear de modo gradual; cuando se llegue a la posición ligeramente por encima de 0 psi, se establecerá el punto inicial de la prueba, de esta manera se puede registrar en las tablas la lectura inicial del calibrador instalado en la máquina.

5. Accionar de nuevo el gato hasta lograr una lectura en el manómetro de 200 Psi. Posteriormente se procede a consignar en la tabla de toma de datos la lectura del calibrador y el diámetro de la probeta, de 200 en 200 psi.

6. Este procedimiento se repite hasta encontrar de manera experimental el punto de encuellamiento. Una vez encontrado este punto dentro de la práctica se procederá a aplicar presiones pequeñas de manera lenta, para lograr con esto captar las variaciones de presiones y poder consignar de esta manera los datos en las respectivas tablas.

7. Se afloja el gato, la mesa móvil superior retorna a su posición inicial y se aflojan las mordazas de la máquina.

8. Una vez se cuenten con todos los datos experimentales, el estudiante procederá a realizar los cálculos pertinentes y de esta manera realizar el análisis de los resultados obtenidos en la práctica.




CUESTIONARIO

1. ¿Qué es la prueba de Tención?

2. ¿Para qué sirve la prueba de tención?

3. ¿Cuántos tipos de probetas existen?

4. ¿Qué tipo de probeta utilizaste para tu práctica?

5. ¿Menciona una de las partes de la máquina que utilizaste para la realización de la práctica?

BIBLIOGRAFÍA

Askeland, Donald R. y Phulé P.P., Ciencia e ingeniería de materiales, 3ar.Edición. México. Ed. THOMSON

Thornton y Colangelo, Ciencia de Materiales para Ingeniería. UltimaEdición. Ed. Prentice-Hall







Número de la práctica: 2

Nombre de la práctica: Construcción de diagrama de esfuerzo y deformación

Titulo (Tema o Subtema Del Programa De La Asignatura): Diagrama de esfuerzo – deformación


Construcción de diagrama de esfuerzo y deformación

Objetivos:

Determinar la gráfica Esfuerzo-deformación de un material. Comprender de forma sencilla el diagrama de esfuerzo y deformación. Determinar los puntos importantes de dicho diagrama.




PRACTICA 2

El diseño de cualquier elemento o de un sistema estructural implica responder dos preguntas: ¿El elemento es resistente a las cargas aplicadas? y ¿Tendrá la suficiente rigidez para que las deformaciones no sean excesivas e inadmisibles? Las respuestas a estas preguntas implican el análisis de la resistencia y rigidez de una estructura, aspectos que forman parte de sus requisitos. Estos análisis comienzan por la introducción de nuevos conceptos que son el esfuerzo y la deformación, aspectos que serán definidos a continuación

ESFUERZO

Las fuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro del material por lo que se distribuyen en toda el área; justamente se denomina esfuerzo a la fuerza por unidad de área, la cual se denota con la letra griega sigma (σ) y es un parámetro que permite comparar la resistencia de dos materiales, ya que establece una base común de referencia.

Cabe destacar que la fuerza empleada en la ec. Debe ser perpendicular al área analizada y aplicada en el centroide del área para así tener un valor de σ constante que se distribuye uniformemente en el área aplicada. La ec. No es válida para los otros tipos de fuerzas internas1; existe otro tipo de ecuación que determine el esfuerzo para las otras fuerzas, ya que los esfuerzos se distribuyen de otra forma.

El esfuerzo utiliza unidades de fuerza sobre unidades de área, en el sistema internacional (SI) la fuerza es en Newton (N) y el área en metros cuadrados (m2), el esfuerzo se expresa por N/m2 o pascal (Pa). Esta unidad es pequeña por lo que se emplean múltiplos como él es el kilopascal (kPa), megapascal (MPa) o gigapascal (GPa). En el sistema americano, la fuerza es en libras y el área en pulgadas cuadradas, así el esfuerzo queda en libras sobrePulgadas cuadradas (psi).

DEFORMACIÓNElaboró: Ing. Luis Ricardo Hernández Macías



La resistencia del material no es el único parámetro que debe utilizarse al diseñar o analizar una estructura; controlar las deformaciones para que la estructura cumpla con el propósito para el cual se diseñó tiene la misma o mayor importancia.

El análisis de las deformaciones se relaciona con los cambios en la forma de la estructura que generan las cargas aplicadas. Fuerza cortante, momento flector y momento torsión. Facultad de Arquitectura y Diseño Sistemas Estructurales.

Una barra sometida a una fuerza axial de tracción aumentara su longitud inicial; se puede observar que bajo la misma carga pero con una longitud mayor este aumento o alargamiento se incrementará también. Por ello definir la deformación (ε) como el cociente entre el alargamiento δ y la longitud inicial L, indica que sobre la barra la deformación es la misma porque si aumenta L también aumentaría δ.

Matemáticamente la deformación sería:

Al observar la ec. Se obtiene que la deformación es un valor adimensional siendo el orden de magnitud en los casos del análisis estructural alrededor de 0,0012, lo cual es un valor pequeño.

DIAGRAMAS ESFUERZO – DEFORMACIÓN

El Diagrama Esfuerzo – Deformación es utilizado cuando se lleva a cabo el ensayo de Tensión. Este tipo de graficas se pueden hacer con los datos calculados esfuerzo- deformación ingenieriles, o con los datos correspondientes a esfuerzo – deformación reales.

A continuación se presenta el diagrama de esfuerzo deformación para el caso de datos reales. (Ver Figura No. 3).




Punto de CedenciaEs el momento en que la deformación de la pieza, debido a la carga que se le esta aplicando, deja de ser elástica y se vuelve permanente o plástica, es decir que es el punto en el que se quita la fuerza ejercida y la probeta se devuelve a su longitud inicial. El esfuerzo inducido aplicado en el momento cuando el material llega a su punto de Cedencia es en realidad la Resistencia Cedente del Material, Sced. En algunos materiales, la transición de deformación elástica a flujo plástico es abrupta. Esa transición se llama fenómeno de punto de fluencia. En esos materiales, al comenzar la deformación plástica, el valor del esfuerzo baja primero desde el punto de fluencia superior (s2). El valor del esfuerzo sigue decreciendo y oscila en torno a un valor promedio que se define como punto de fluencia inferior (s1). (Ver Figura No. 4). Inmediatamente después, el esfuerzo empieza a crecer nuevamente, entrando a la región de deformación plástica.Elaboró: Ing. Luis Ricardo Hernández Macías



Módulo de ElasticidadLa porción inicial lineal de la gráfica esfuerzo deformación mostrada en la Figura No. 4, representa lo que se llama el Modulo de Elasticidad E, de los materiales. Este se calcula según la ley de Hooke, mediante la fórmula:

Lo que es lo mismo a la pendiente de dicha porción lineal. Las unidades del modulo de elasticidad son las mismas a las utilizadas para los esfuerzos, esto es (lb/pulg2), (N/m2) ó cualquier otra unidad correspondiente. En esta región el material se comporta elásticamente por lo que cuando se quita la fuerza, la deformación que haya alcanzado el material se devuelve a cero, su forma original antes de iniciar la prueba.

EncuellamientoDebido a las imperfecciones internas que poseen los materiales al no ser 100% homogéneos ni isotropicos (las propiedades físicas no dependen de la dirección de observación), el sitio del Encuellamiento puede ocurrir en cualquier parte de la probeta;




por este motivo se reduce su sección central con el fin de que el Encuellamiento ocurra dentro del área demarcada de 20 mm de longitud. (VER FIG. 5)




CUESTIONARIO

1. ¿Qué entiendes por esfuerzo?

2. ¿Qué es la deformación?

3. ¿Menciona para qué sirve el diagrama de esfuerzo-deformación?

4. ¿Cuál es la fórmula del esfuerzo?

5. ¿Cuál es la fórmula de la deformación?

6. Dibuja el diagrama de esfuerzo-deformación.

BIBLIOGRAFÍA










Nombre de la práctica: Propiedades Mecánicas De Los Materiales

Titulo (Tema o Subtema Del Programa De La Asignatura): Propiedades Mecánicas


Propiedades Mecánicas De Los Materiales

Objetivos:

Obtener las características y propiedades mecánicas básicas en los materiales. Conocer específicamente las propiedades mecánicas de los elementos. Identificar con facilidad las propiedades mecánicas de un material.




Práctica 3

INTRODUCCION

Muchos materiales, cuando prestan servicio, están sometidos a fuerzas o cargas, ejemplos de ello son los revestimientos refractarios de los hornos, las aleaciones de aluminio con las cuales se construyen las alas de los aviones, el acero de los ejes de los automóviles o las vigas y pilares de los edificios. En tales situaciones es necesario conocer las características del material y diseñar la pieza de tal manera que cualquier deformación resultante no sea excesiva y no se produzca la rotura. El comportamiento mecánico o las propiedades mecánicas de un material reflejan la relación entre la fuerza aplicada y la respuesta del material (o sea, su deformación). Algunas de las propiedades mecánicas más importantes son la resistencia, la dureza, la ductilidad y la rigidez. Basado en un ensaye estático de tensión y su gráfica de comportamiento esfuerzo vs. Deformación unitaria, se obtendrá las siguientes características y propiedades mecánicas.

RESISTENCIA MECÁNICA DUCTILIDAD RIGIDEZ RESILIENCIA TENACIDAD

RESISTENCIA MECÁNICA

Esta se mide a través de:

LIMITE PROPORCIONAL (sLP):Es el mayor esfuerzo que un material es capaz de desarrollar sin perder la proporcionalidad entre esfuerzo y deformación; es decir, que representará el último punto en la pendiente de la gráfica, que cumple con la ley de Hooke.

LIMITE ELÁSTICO (sLE): Es el mayor esfuerzo que un material es capaz de desarrollar sin que ocurra la deformación permanente al retirar el esfuerzo. La determinación de este límite elástico no es práctico y rara vez se realiza.

RESISTENCIA A LA CEDENCIA (sYP): Es el esfuerzo al cual ocurre un aumento de deformación para cero incrementos de esfuerzo. En este punto cede el material a los defectos de cristal (vacancias, intersticios y dislocaciones), por lo que provoca el desplazamiento molecular (deformación) sin oponerse a la fuerza aplicada, por lo que los incrementos de carga son variables y




pequeños y pueden detectarse en las lecturas de carga en la máquina de pruebas para algunos materiales.

RESISTENCIA MÁXIMA (smax.): Es el esfuerzo máximo que puede desarrollar el material debido a la carga aplicada durante un ensayo hasta la ruptura, ( se observa en la probeta el inicio de la reducción de área en materiales dúctiles).

ESFUERZO DE RUPTURA APARENTE (s RUP):Es el esfuerzo nominal al ocurrir la falla y se obtiene dividiendo la carga decreciente registrada en la carátula o pantalla de la máquina y el área inicial de la probeta.

ESFUERZO DE RUPTURA REAL O “VERDADERO” (s rup):Es el esfuerzo nominal al ocurrir la falla y se obtiene dividiendo la carga entre el área real que disminuye conforme se aplica esta. Este esfuerzo es improbable sobre la sección crítica o de falla, ya que el laminado del metal causa el desarrollo de una compleja distribución de esfuerzos.




OBTENCIÓN DEL PUNTO DE CEDENCIA:

Se define como el esfuerzo al cual ocurre una gran deformación sin incremento de carga o esfuerzo. En algunos materiales este punto de cedencia no se presenta como en otros; que a través de la oscilación de la aguja en la carátula de lectura de carga o del canal en la pantalla de carga, se puede detectar dicho punto. El método para determinar el punto de cedencia se le conoce como método “offset” o “desplazamiento”. El método consiste en trazar una línea o recta paralela a la pendiente de la gráfica a partir de un valor de deformación unitaria de 0.001, 0.002, 0.003 in / in. Que representará 0.1%, 0.2%, 0.3% de deformación unitaria, el valor más usual es el 0.2%. Ver figura.3.2

ZONAS EN LA GRÁFICA

Zona elástica: Se considera desde el origen hasta el punto límite proporcional, se emplea en el diseño de elementos de máquinas y estructuras.

Zona plástica: Se considera desde el punto de cedencia hasta el punto de esfuerzo máximo, se emplea para darle forma al material por ejemplo los procesos de mecanizado (torneado, troquelado, doblado, extruido, etc.,), laminados (en caliente, y en frío). Esta zona se divide en zona de cedencia y zona de endurecimiento por deformación.




Zona hiperplasia: Se considera en algunos materiales desde el punto de esfuerzo máximo hasta el punto de ruptura aparente. Se emplea en el diseño de elementos de máquinas. , productos, y estructuras que deben absorber grandes cantidades de energía mecánica (ejemplo: cinética o potencial). Estas zonas se muestran en la figura 3.3.

DUCTILIDAD

Ductilidad: Es la propiedad que tienen los materiales de deformarse en grande.

Fragilidad: Es la propiedad que tienen los materiales de no presentar deformación macroscópica.

Estas propiedades son medidas a través de:

Para el ensayo de tensión:

% de Elongación: Se obtiene midiendo la longitud inicial ( Lo) y la final ( Lf ) de la probeta y sustituyendo en la ecuación :




% de Reducción de área.: Se obtiene midiendo el diámetro inicial y final de la probeta, calculando el área respectiva y sustituyendo en la ecuación:

Para el ensayo de compresión:

% de Aumento de área: Se obtiene midiendo los diámetros inicial y final, calculando el área respectiva y sustituyendo en la ecuación:

% de Reducción de longitud: se obtiene midiendo la longitud inicial y final de la probeta y sustituyendo en la ecuación:

Se recomienda que los materiales que tengan un % de Elongación, % de Reducción de Área, % deAumento de Área y % de Reducción de longitud, mayor de 5%, se les consideren dúctiles. Ver figura 3.4.




RIGIDEZ:

Es el esfuerzo requerido para producir una deformación dada. Se mide a través de la obtención del módulo de elasticidad para carga axial (E). Y representa la tangente de la pendiente en la gráfica esfuerzo vs deformación, este módulo se puede obtener considerando dos puntos sobre la pendiente y realizando un triángulo como se muestra en la figura 3.5




RESISTENCIA ELÁSTICA:

Es la propiedad que tienen los materiales de absorber energía hasta su límite proporcional o elástico (energía elástica). Otras definiciones son: una medida de la resistencia a la energía elástica. La Resistencia Elástica Unitaria (R.E.U. o Módulo de Resistencia): es la energía almacenada por unidad de volumen en el límite proporcional (s), y representa el área ( A1) bajo la pendiente de la gráfica s vs e mostrada en la figura 3.6.

R.E.U. = A1 = ½ s e (Kg -cm / cm3).

Si el Volumen inicial es Vo = Ao Lo (cm3)

Resistencia Elástica Total (R.E.T.)= (R.E.U.) (Vo) = (½ s e) (Vo) (Kg-cm)

TENACIDAD:

Es la propiedad que tienen los materiales de absorber energía hasta el punto de ruptura. Representa el área total bajo la gráfica esfuerzo -deformación, esta se puede medir a través de seccionar el área total bajo la gráfica en áreas regulares y sumarlas, o con el planímetro, que es un instrumento para determinar el área de una gráfica al seguir el contorno de la misma. El valor así obtenido será la tenacidad unitaria.




Tenacidad Unitaria (T.U.) = ÁREA TOTAL = 1/2 (sYP + smax) emax.

Unidades: (Kg - cm / cm3) Si el volumen inicial (Vo) = Ao Lo (cm3)

Tenacidad Total (T.T.) = (T.U.) (Vo) (Kg - cm)




CUESTIONARIO

1. Mencione 3 propiedades mecánicas de los materiales

2. ¿Cómo se mide la resistencia mecánica?

3. ¿Cuál es la fórmula para sacar el % de elongación?

4. ¿Fórmula para determinar la rigidez de un material?

5. ¿Cuál es el módulo de elasticidad del aluminio en GPa?

BIBLIOGRAFÍA










Nombre de la práctica: Ensayo de Impacto

Titulo (Tema o Subtema Del Programa De La Asignatura): Tenacidad


Ensayo de Impacto

Objetivos:

Determinar cuanta energía logra disipar una probeta al ser golpeada por un péndulo en caída libre.

Permite evaluar la resistencia del material frente al impacto (resistencia)




Práctica 4

Introducción

La tenacidad es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber antes de fracturar. Evalúa la habilidad de un material de soportar un impacto sin facturarse. Esta propiedad se valora mediante una prueba sencilla en una máquina de ensayos de impacto. Hay dos métodos diferentes para evaluar esta propiedad. Se denominan ensayos de Charpy y ensayo de Izod. La diferencia entre los dos radica en la forma como se posiciona la muestra. La probeta que se utiliza para ambos ensayos es una barra de sección transversal cuadrada dentro de la cual se ha realizado una talla en forma de V.

Esta probeta se sostiene mediante mordazas paralelas que se localizan de forma horizontal en el ensayo tipo Charpy y de forma vertical en el ensayo tipo Izod. Se lanza un pesado péndulo desde una altura h conocida, este péndulo golpea la muestra al descender y la fractura. Si se conoce la masa del péndulo y la diferencia entre la altura final e inicial, se puede calcular la energía absorbida por la fractura.

El ensayo de impacto genera datos útiles cuantitativos en cuanto a la resistencia del material al impacto. Sin embargo, no proporcionan datos adecuados para el diseño de secciones de materiales que contengan grietas o defectos. Este tipo de datos se obtiene desde la disciplina de la Mecánica de la Fractura, en la cual se realizan estudios teóricos y experimentales de la fractura de materiales estructurales que contienen grietas o defectos preexistentes.

Equipo y material

Un vernier marca con sensibilidad de 0.05mm y 1/128 pulgadas. Una regla metálica de 80 cm, con sensibilidad 1mm, 1/16 pulgadas. Probeta de acero 1020 y acero 1045

Planteamiento experimental

Se verifica que la probeta este acorde con las medidas estandarizadas

Se toma la medida geométrica de la probeta

Se coloca la probeta sobre los apoyos del equipo asegurándose que la punta de la cuchilla del péndulo este coincida son el centro de la entalla de la probeta

Levantar el péndulo y engancharlo en su posición más alta

Colocar la aguja en el punto cero de la escala




Se saca el seguro del dispositivo de desenganche y el péndulo se precipita hacia la probeta

Una vez fracturado de frena lentamente el péndulo

RESULTADOSElaboró: Ing. Luis Ricardo Hernández Macías

Acero 1045Acero 1020



La energía absorbida del material es igual a la energía potencial:

Al realizar la prueba de impacto da los siguientes ángulos.

Acero 1020 inicial 89° final 87°Acero 1045 inicial 89° final 87°Altura inicial de 0.89 m

La temperatura también juega un papel muy importante en cuanto a los ensayos de impacto, ya que: A mayor temperatura es mayor la energía para romper el material, y con poca temperatura, el material, se fractura con poca energía absorbida. A temperaturas elevadas el material se comporta de manera dúctil con gran deformación y estiramiento antes de romperse. A temperaturas reducidas el material es frágil y se observa poca deformación en el punto de fractura. La temperatura de transición es aquella a la cual el material cambia de presentar una fractura dúctil a una frágil. Al aumentar el porcentaje de carbono los aceros más frágiles y absorbe más energía de impacto determine la fractura. La lectura habla sobre las especificaciones del experimento; seguridad, configuración y etc. En el marco teórico habla de algunas especificaciones de la prueba.

Aplicaciones de las pruebas de impacto tiene diferentes aplicaciones para los pistones reciben impacto altas velocidades, en las herramientas y prensas en una para el proceso de forjado.




CUESTIONARIO

1. Menciona 1 de los 2 métodos para evaluar esta prueba.

2. Que datos genera el ensayo de impacto.

3. Para qué sirve el ensayo de impacto.

4. Que aplicación tiene la prueba de impacto.

BIBLIOGRAFÍA










Nombre de la práctica: Ensayo de Dureza

Titulo (Tema o Subtema Del Programa De La Asignatura): Dureza


Ensayo de Dureza

Objetivos:

Que el estudiante adquiera destrezas en el manejo de las escalas de dureza Rockwell

Que el estudiante observe la diferencia entre la dureza del acero 1020 y la del latón y

Aluminio, en estado recocido.

Que el estudiante adquiera destrezas en la obtención del exponente de endurecimiento de Meyer, n, del acero 1020 recocido, a partir de los datos del ensayo de dureza

Que el estudiante adquiera destrezas en la obtención de la resistencia máxima a la tracción del acero 1020 y del latón, en estado recocido, a partir del ensayo de dureza




Práctica 5

Introducción

Ensayo de dureza rockwell

Este ensayo consiste en utilizar un indentador esférico el cual realiza una precarga la cual genera el valor de partida para la medición, luego en una segunda carga que está entre 60Kg y 140Kg, generando una precarga, una carca y una descarga; esta relación indica la dureza del material, el cual se da midiendo la profundidad de penetración y realizando la medición según el durómetro y la escala de medición.

Ensayo de dureza brinell

Este ensayo se realiza para materiales blando y consiste en presionar un indentador que tiene una bola de acero templado o de carburo la cual lleva una carga que está entre 500Kg a 3000Kg dependiendo de lo dura que sea el material. El diámetro de la huella dejada por la esfera del indentador tiene relación inversa con la dureza del material (a mayor diámetro de la huella es menor la dureza y a mayor diámetro de la huella la dureza es mayor).

Ensayo de dureza vickers

Para este tipo de ensayo se emplea un indentador de diamante de forma piramidal con un ángulo base de 136º y está basado en el principio de calcular el valor de dureza según la fuerza de aplicación sobre la superficie del material; la huella que queda después de realizar la carga es de forma cuadrada, de la cual se miden sus diagonales a través de un microscopio, estos datos se promedian y así a través de una formula se da el resultado.




MATERIAL

Probetas provenientes de la práctica de tracción.

EQUIPOS

Equipos de corte y pulido de metales. Durómetros

DESARROLLO EXPERIMENTAL

Cortar y preparar adecuadamente las probetas para los ensayos de dureza. Medir la dureza Rockwell de todos los materiales. Recuerde que la dureza será el

promedio de un número de medidas realizadas, el cual dependerá de la dispersión de los valores medidos. En consecuencia es importante hacer una distribución adecuada del espacio disponible para obtener el mayor número posible de medidas y un resultado confiable.




Realizar diferentes ensayos dureza, empleando la escala Brinell, con un penetrador de

2,5 mm de diámetro y tres cargas diferentes para las probetas de acero 1020-0 y latón.

De ser posible realizar un mínimo de 3 repeticiones para cada carga. Se debe registrar el diámetro promedio de huella para cada carga y sus repeticiones. Con estos datos se elaborará la gráfica de carga .vs. Diámetro de huella y se obtendrá el exponente de endurecimiento de Meyer.

APLICACIÓN DE LA CARGA MENOR: debe colocarse la probeta sobre el soporte y aplicar la carga menor gradualmente hasta que se obtenga la indicación apropiada en la carátula. Esto se obtiene cuando el indicador haya dado él número apropiado de revoluciones completas y quede dentro de 5 divisiones de la posición de ajuste en la parte superior de la carátula.

APLICACIÓN DE LA CARGA MAYOR: Debe aplicarse la carga mayor accionando la palanca de operación sin impacto y dejando que gire libremente. Se retira la carga mayor llevando la palanca de operación de regreso a la posición original dentro de los 2 segundos siguientes después de que su movimiento ha cesado sin interrumpirla maniobra de regreso.

LECTURA DE LA ESCALA PARA DUREZA ROCKWELL: Debe considerarse la dureza rockwell como la lectura del indicador en la escala apropiada de la carátula, después de que se ha quitado la carga mayor y mientras la carga menor aun está actuando. Estas lecturas se estiman a veces a la mitad de una división, dependiendo del material que se pruebe.




CUESTIONARIO

1. Menciona el nombre de una prueba de dureza.

2. Qué tipo de penetrador se utiliza en la prueba de dureza ROCKWELL

3. Qué tipo de prueba de dureza ocupa un penetrador de tipo pirámide de diamante

4. Para que nos sirve la prueba de dureza.

BIBLIOGRAFÍA










Nombre de la práctica: Análisis metalográfico

Titulo (Tema o Subtema Del Programa De La Asignatura):


Análisis metalográfico

Objetivos:

Montaje en caliente de materiales

Montaje en frío de materiales

Los pasos a seguir para hacer metalografía en los diferentes metales




Práctica 6

Introducción

Las propiedades físicas, químicas y mecánicas de los materiales metálicos pueden ser explicadas en su mayoría por el estudio de las microestructuras resultantes de los procesos a los que se sometieron estos materiales. La metalografía fue la primera técnica utilizada con esta finalidad y en la actualidad continua siendo la herramienta más útil en amplias áreas de la ciencia e ingeniería. El estudio de las muestras, normalmente culmina con el análisis de la muestra bajo un microscopio óptico o un microscopio electrónico de barrido. Sin embargo, anterior a esta etapa, existe toda una serie de operaciones que permiten preparar las muestras convenientes. Estas operaciones, incluyen la selección y el corte de la muestra, esmerilado burdo, montaje, pulido intermedio y fino, ataque y obviamente, el análisis en microscopio óptico. En general, después de la acción de corte de una muestra, la superficie nueva no debe aparecer “quemada”, debe ser plana y con un patrón de marcas uniformes y se debe de eliminar cualquier rebaba que quede. Esto se logra cuando el corte se realiza aplicando una fuerza uniforme; cuando se realiza en cortadura de disco abrasivo, se manifiesta como un patrón de chispas uniformes sin que haya humificación.

Esmerilado

La operación de esmerilado tiene como función eliminar el exceso de viruta y remover la zona afectada por las operaciones de corte. Cuando el corte se realiza con una segueta, la superficie resultante es de forma irregular de manera que es necesario “emparejarla”. Cuando el corte se realiza con un disco abrasivo, y la fuerza aplicada es alta, un exceso de viruta y una pequeña capa “quemada” se forman, las cuales se deben eliminar. Sin embargo, aquellos cortes ejecutados con discos de diamante o por electroerosión, normalmente no requieren un esmerilado posterior a esta operación.

Montaje

Las muestras que son difíciles de manejar debido a sus dimensiones geométricas, o a su naturaleza, normalmente son montadas en algún tipo de soporte o bien son encapsuladas en algún tipo de resina, o metal de bajo punto de fusión, los cuales normalmente no quitan información del espécimen estudiado. Existe una variedad de resinas comerciales que normalmente cubren esta función. En el análisis de productos “precipitados” en la Elaboró: Ing. Luis Ricardo Hernández Macías



superficie además de encapsular las muestras, es necesario primero depositar mediante una técnica adecuada algún elemento, compuesto o metal que proteja los bordes o el desprendimiento de los mismos. Existe diversa bibliografía (p.ej. Bandera Voort) que reporta una gama de técnicas que permiten de manera sencilla depositar una gama de materiales

Desbaste.

Las muestras desbastadas y esmeriladas serán lijadas usando lijas de agua de diversas finuras para obtener una superficie de rugosidad uniforme lista para ser pulida.

Pulido.

El objetivo de estas operaciones es eliminar cualquier protuberancia o el exceso de “surcos” (rayas) generadas en las etapas anteriores en la superficie a ser analizada. Normalmente estas operaciones se llevan a cabo con un abrasivo suspendido en una solución acuosa o de aceite sobre un paño de nylon, algodón o poliéster, entre otros. El tamaño promedio de estos abrasivos es entre los 0.1 a 6 μm.

Siendo los más comunes la pasta de diamante y la alúmina. La superficie pulida de esta manera, normalmente se le denomina como “pulida a espejo” por el efecto que genera la reflexión de la luz sobre la superficie, libre de rayas significantes. En ocasiones, por la naturaleza de la muestra a pulir, es difícil pulir totalmente la superficie de la misma. Tal es el caso de los metales blandos como el plomo de otros en donde el metal interacciona con la atmósfera circundante dificultando su pulido o formando compuestos que inhiben las etapas posteriores, como el aluminio. En estos casos se suele recomendar llevar a cabo un pulido electrolítico, en donde el metal forma un electrodo simple inmerso en un electrolito adecuado. Aplicando un nivel de corriente adecuado es posible pulir la muestra metalográfica. Estos reactivos son reportados ampliamente en la bibliografía (Vander Voot).

Ataque.

El propósito del “ataque” químico es hacer visibles las características micro estructurales del metal o la aleación. El proceso debe ser tal que la acción química de un reactivo o de un electrolito sobre la superficie resalte las regiones de interés. El ataque se debe a que los “defectos” o “regiones de interés” (como otras fases) poseen diferentes energías asociadas, de manera que la acción química también es diferente.




Análisis metalográfico

Esta es la parte más importante del proceso y es, además, en donde supone en práctica el conocimiento adquirido. El análisis se puede llevar acabo en un microscopio óptico o electrónico de barrido. Cabe aclarar que en cierto sentido el principio de funcionamiento es semejante en ambos microscopios, sin embargo, difieren en la tecnología aplicada.

El microscopio óptico, sus partes y funcionamiento, puede ser ampliamente consultado en numerosas bibliografías (Vander Voort).El hecho de que sea la luz la fuente de radiación (4000-700 Å) para el sistema óptico de este microscopio, constituye también su limitación. Las amplificaciones máximas son del orden de 2000 X y su resolución es de 0.2 μm.

Esto limita la resolución de numerosos defectos. Algunas de estas limitaciones pueden superarse por el uso de un analizador de imágenes, por la técnica “Normanski” o mediante un ataque preferencial. El microscopio electrónico, a diferencia del óptico, su fuente de radiación es un haz de electrones “modulado” por potentes campos electromagnéticos. Las emisiones resultantes de la interacción éntrela muestra y el haz de electrones son captados por dispositivos y sensores adecuados, los cuales emiten señales electrónicas que pueden ser procesadas. Debido a la naturaleza de las emisiones de la muestra, es factible no solo observar la “microestructura”, sino que es factible llevar a cabo microanálisis (EDS-Energy Dispersión Spectroscopy) o análisis de electrones dispersados, entre otras posibilidades. La longitud de onda del haz de electrones es del orden de 10 -2 Å, consiguiéndose resoluciones del orden.

Desarrollo experimental

Material

Lijadora Pulidora Cortadora de disco Vasos de precipitados Nital al 4% Prensa de montaje en caliente con kit de a aditamentos 1 juego de lijas(180, 240,320,400 y 600) Secadora Frasco de alcohol etílico Barra de acero ½ de diámetro




Kit material para montaje en frio Alúmina 1 micra

Actividad 1El primer paso en la realización de esta actividad es cortar una probeta de acero de ½” pulgada de diámetro utilizando la cortadora de disco abrasivo. La cortadora necesita un refrigerante que continuamente lubrica y enfría el disco y la pieza a cortar, es necesario que siempre nos aseguremos que el refrigerante esté fluyendo para evitar que se queme el disco)

Actividad 2Posteriormente se procede a quitar la rebaba utilizando un esmeril. Por medidas de seguridad es necesario utilizar gafas protectoras para proteger la vista. La rebaba debe ser eliminada de las orillas dela probeta como también se deben eliminar filos cortantes.

Actividad 3

Montaje en caliente con baquelita. El montaje en caliente del espécimen en un polímero como la baquelita tiene como finalidad, manipular mejor el espécimen y protegerlo en caso en que el espécimen sea difícil de sujetar para realizarle una preparación metalográfica. Para llevar a cabo esto debemos de utilizar un método de formado en caliente para la baquelita, y consiste en el encapsulamiento que requiere de una temperatura determinada más una alta presión. Este proceso es conocido como formado por compresión para la baquelita. Los pasos a seguir para el montaje en caliente del espécimen son los siguientes: Se procede a aplicar desmoldaste en polvo a la cámara de compresión de la prensa de montaje para que la baquelita ya formada no se pegue y se pueda expulsar con facilidad. Después se coloca el espécimen a encapsular dentro de la cámara, se añade baquelita en polvo hasta cubrirla totalmente.

Seguido de esto, se atornilla la tapa y se cierra la válvula de presión y se procede a aplicar una precarga con la palanca; esta precarga se indica en la carátula de presiones. Se coloca una resistencia eléctrica que sirve para calentar la cámara de compresión. Para la baquelita, la cámara de compresión debe alcanzar una temperatura de 300 °F que se registran con un termómetro que se coloca en la parte superior de la tapa. Una vez que se alcanza la temperatura deseada, se aplica una presión de moldeo de 4200 psi (286kg/cm2) Durante 5 minutos. Seguido de esto se retira la resistencia y se coloca un disipador de




calor para que la cámara se enfríe. Una vez listo el montaje del espécimen con la baquelita, se procede a abrir la válvula de presión, quitarla tapa y expulsar la muestra con la ayuda de la palanca de la prensa.

Actividad 4

El montaje en frío con resina y catalizador. El montaje en frío en un polímero se tiene que llevar a cabo mediante una mezcla de resina con catalizador, para nuestro caso tenemos que preparar una mezcla de dos partes de resina por una parte de catalizador y se procede a realizar la mezcla en un vaso de papel encerado.

La mezcla se debe agitar por unos segundos hasta tener una sustancia homogénea, se rocía el molde de plástico donde se hará el encapsulado con desmoldaste, en este caso un aerosol de silicona.

Esto es con la finalidad de facilitarla expulsión de la probeta encapsulada del interior del molde. Se acomoda la probeta en la posición deseada dentro del molde. La mezcla se vacía en el molde de plástico que contiene la probeta o espécimen, asegurándose de que dicha mezcla cubra perfecta y homogéneamente la probeta. Se procede a dejar reposar el molde hasta que se endurezca y se enfríe, ya que se lleva a cabo una reacción exotérmica de la resina que desprende mucho calor. Una vez fría se puede desmontar la probeta ya encapsulada del molde haciendo presión sobre la base del molde para expulsarla.

Actividad 5

Lijado y pulido. Las muestras ya montadas deberán ser sometidas a un lijado burdo con lija (180 grid). El acabado sobre la superficie a analizar deberá ser tal que cuando la muestra sea observada con diversos ángulos de incidencia de la luz no se aprecien rayas que tengan una dirección distinta a las de la mayoría. Es decir, prácticamente todas las rayas deben tener la misma dirección.

El esquema presentando a continuación ilustra la forma correcta en que se debe observar la superficie de la muestra..




Actividad 5

Ataque Químico:

Preparar el reactivo siguiente:

La mayor parte de los reactivos deben prepararse con la ayuda de una campana de extracción. En ausencia de ésta se recomienda usar una mascarilla contra la inhalación de ácidos o substancias altamente nocivas y en un lugar ventilado. El usuario o laboratorista debe usar bata y zapatos de seguridad de preferencia. Se deben leer las advertencias de cada reactivo (ver etiqueta del recipiente que lo contiene) sobre su uso manejo y características.

Las muestras se someterán a ataque químico por inmersión con el auxilio de unas pinzas en períodos de5 s. Después de cada inmersión deben ser enjuagadas y secadas con alcohol y chorro de aire caliente. Las operaciones de ataque se detendrán hasta que se hayan revelado las características micro estructurales del material. Para ver si estas características ya están reveladas hay que estar observándolas muestras en el microscopio óptico. El ataque se realizará bajo las indicaciones siguientes:

• Nital al 4 %:

Usar a temperatura ambiente por inmersión de las superficies pulidas de las muestras. Su uso es de propósito general para hierro y aceros al carbono.




CUESTIONARIO

1. Que es el análisis metalográfico

2. Que precauciones debiste tomar para la realización de esta practica

3. Que es el montaje

4. Que es el pulido

BIBLIOGRAFÍA










Nombre de la práctica: Ensayo Termofluencia



Ensayo Termofluencia

Objetivos:

Conocer los tipos de corrosión, sus efectos y su prevención. Investigar los ambientes que provocan la corrosión. investigar el efecto que causa la corrosión química, electroquímica




Introducción:

ENSAYO DE TERMOFLUENCIA

RUPTURA POR ESFUERZO.

Si se aplica esfuerzo a un material a alta temperatura, ese material se estirara y acabara por fallar, aun cuando el esfuerzo aplicado sea menor que la resistencia de cedencia a esa temperatura.

Una deformación permanente que depende del tiempo, bajo una carga o un esfuerzo constante y a altas temperaturas, se llaman termofluencia o simplemente fluencia. Una gran cantidad de fallas que suceden en partes que se usen a altas temperaturas se puede atribuir a la termofluencia o a una combinación de fluencia y fatiga. En esencia, en la termofluencia el material comienza a “fluir” con lentitud.

La difusión, deslizamiento y ascenso de dislocaciones o el deslizamiento entre límites de grano puede contribuir a la termofluencia en materiales metálicos.

Los materiales poliméricos también muestran esta termofluencia. En los metales y aleaciones dúctiles sometidos a termofluencia, la fractura se acompaña de formación de cuello, nucleación y coalescencia de huecos o por deslizamiento en el límite de grano.

Se considera que un material fallo por termofluencia aunque en realidad no se haya fracturado. Cuando un material fluye y después se rompe finalmente, se define a la fractura como ruptura por esfuerzos. Normalmente, las fracturas de ruptura dúctil por esfuerzo incluyen un cuello y la presencia de muchas grietas que no tuvieron la oportunidad de producir la fractura final.

Además, los granos cerca de la superficie de fractura tienden a ser alargados. Las fallas por ruptura dúctil suceden en general cuando la velocidad de fluencia es alta, la temperatura de exposición es relativamente baja y tienen tiempo de ruptura cortos. Las fallas de ruptura frágil generalmente muestran poca formación de cuello y con frecuencia ocurren más a bajas velocidades de fluencia y altas temperaturas. Cerca de la superficie aparecen granos equiaxiales. Las fallas de ruptura frágil por esfuerzos suelen presentarse con la formación de huecos en la intersección de tres límites de grano y la incidencia de otros huecos a lo largo de los límites de grano por procesos de difusión.




CORROSION BAJO ESFUERZOS

La corrosión bajo esfuerzos o tensocorrosión es un fenómeno en el cual los materiales reaccionan con sustancias corrosivas del ambiente. Eso conduce a la formación de grietas y a la disminución de la resistencia. La corrosión bajo esfuerzos pueden presentarse con esfuerzos muchos menores que la resistencia a la cedencia del metal, cerámico o vítreo, debido al ataque por un medio corrosivo. En los materiales metálicos se producen grietas de corrosión profunda y

Fina, aun cuando el metal en su totalidad muestre poco ataque uniforme. Los esfuerzos pueden estar aplicados externamente o almacenados como esfuerzos residuales. Con frecuencia, las fallas por corrosión bajo esfuerzos se identifican por examen microestructura del metal vecino. En el caso ordinario, se observa una extensa ramificación de las grietas a lo largo de los límites de grano. El lugar en el que se inician las grietas puede identificarse por la presencia de un producto de corrosión.

Los vidrios inorgánicos de silicato son muy propensos a fallar por reacción con el vapor de agua. Se sabe bien que la resistencia de los productos con fibras de sílice o con vidrio de sílice es muy alta, cuando esos materiales se protegen del vapor de agua. Cuando las partes del vidrio o de la fibra de sílice se exponen al vapor de agua, comienzan reacciones de corrosión, que lleva a la formación de imperfecciones superficiales y, en último término, causan el crecimiento de las grietas cuando se aplica el esfuerzo.

Como descubrió, se aplican recubrimientos poliméricos a las fibras ópticas para evitar que reaccionen con el vapor de agua. Para los productos de vidrio, se usan tratamientos térmicos especiales, como el templado. El templado produce un esfuerzo comprensivo sobre toda la superficie del vidrio.

Así, aun cuando la superficie del vidrio reaccione con vapor de agua, las grietas no crecen, ya que el esfuerzo total en su superficie es de comprensión. Si se produce una grieta que atraviese la región superficial de esfuerzos de compresión, el vidrio templado se estrellará. El vidrio templado se usa en los automóviles y los edificios.

EVALUCACION DEL COMPORTAMIENTO DE TERMOFLUENCIA

Para determinar las características de termofluencia de un material, se aplica un esfuerzo constante a un espécimen calentado a cierta temperatura, en un ensayo de termofluencia. Tan pronto como se aplica el esfuerzo, el espécimen se estira en forma elástica una pequeña cantidad, dependiendo del esfuerzo aplicado y del módulo de Elaboró: Ing. Luis Ricardo Hernández Macías



elasticidad del material a esa alta temperatura. También se pueden hacer ensayos de termofluencia con cargas constante, lo cual es importante desde el punto de vista de diseño de ingeniería.

Ascenso de dislocaciones

Las temperaturas altas permiten que las dislocaciones asciendan en un metal, en consecuencia, los átomos se mueven por difusión hacia o desde la línea de dislocación, haciendo que la dislocación se mueven en dirección perpendicular, no paralela, al plano de deslizamiento. La dislocación escapa de las imperfecciones de la red, continua deslizándose y causa deformación adicional del espécimen, incluso en un esfuerzo bajo.

VELOCIDAD DE TERMOFLUENCIA Y TIEMPOS DE RUPTURA

Durante el ensayo de termofluencia, se mide la formación unitaria en función del tiempo y se grafica la curva de termofluencia (fig. 6-57). En la primera etapa de la termofluencia de los metales, muchas dislocaciones suben alejándose de los obstáculos, se deslizan y contribuyen a la deformación. Al final, la rapidez con que las dislocaciones suben alejándose de los obstáculos es igual a la rapidez con la que otras imperfecciones bloquean a las dislocaciones. Esto causa la segunda etapa de la termofluencia de estado estacionario. La pendiente de la región en estado estacionario de la curva de termofluencia es la velocidad de termofluencia:

Finalmente, durante la tercera etapa de termofluencia, comienza la formación de cuello, aumenta el esfuerzo y el espécimen se deforma con una rapidez acelerada, hasta que se presenta la falla. El tiempo necesario para que se presente la falla es el tiempo de ruptura. El tiempo de ruptura se reduce a mayor esfuerzo o a mayor temperatura La influencia combinada del esfuerzo aplicado y de la temperatura sobre la velocidad de termofluencia y el tiempo de ruptura se rigen por una relación de Arrhenius:




Donde R es la constante de los gases, T es la temperatura en kelvin, y C, K, n y m son constantes del material. Es la energía de activación para la termofluencia y es la energía de activación para la ruptura. Se relaciona con la energía de activación para la autodifusion, cuando es importante el ascenso de dislocaciones.

En los cerámicos cristalinos hay otros factores, que incluyen deslizamiento de límites de grano y nucleación de microgrietas, que tienen especial importancia.

Con frecuencia, está presente un material no cristalino o vítreo en los límites de grano; la energía de activación requerida para que se deforme el vidrio es baja y causa grandes velocidades de termofluencia, en comparación con los cerámicos totalmente cristalinos. Por esta misma razón, la termofluencia es rápida en los vitrocerámicos y en los polímeros amorfos.




CUESTIONARIO

5. Que es la termofluencia

6. Fórmula para obtener la velocidad de la termofluencia

7. Que es un acenso de dislocación

8. Explica que es la corrosión por bajo esfuerzo

BIBLIOGRAFÍA










Nombre de la práctica: Ensayo Ultrasónico



Ensayo Ultrasónico

Objetivos:

Búsqueda de fisuras Determinar el espesor de una tubería búsqueda de fisuras en superficie de control de materiales compuestos.




Introducción

La inspección por ultrasonido se define como un procedimiento de inspección no destructivo de tipo mecánico, y su funcionamiento se basa en la impedancia acústica, la que se manifiesta como el producto de la velocidad máxima de propagación del sonido y la densidad del material. Cuando se inventó este procedimiento, se medía la disminución de intensidad de energía acústica cuando se hacían viajar ondas supersónicas en un material, requiriéndose el empleo de un emisor y un receptor. Actualmente se utiliza un único aparato que funciona como emisor y receptor, basándose en la propiedad característica del sonido de reflejarse al alcanzar una interface acústica.

Los equipos de ultrasonido que se utilizan actualmente permiten detectar discontinuidades superficiales, su superficiales e internas, dependiendo del tipo de palpado utilizado y de las frecuencias que se seleccionen dentro de un rango que va desde 0.25 hasta 25 MHz. Las ondas ultrasónicas son generadas por un cristal o un cerámico piezoeléctrico denominado transductor y que tiene la propiedad de transformar la energía eléctrica en energía mecánica y viceversa. Al ser excitado eléctricamente el transductor vibra a altas frecuencias generando ultrasonido. Las vibraciones generadas son recibidas por el material que se va a inspeccionar, y durante el trayecto la intensidad de la energía sónica se atenúa exponencialmente con la distancia del recorrido. Al alcanzar la frontera del material, el haz sónico es reflejado, y se recibe el eco por otro (o el mismo) transductor. Su señal es filtrada e incrementada para ser enviada a un osciloscopio de rayos catódicos.

Entre las aplicaciones más importantes de los ultrasonidos se citan: los dispositivos de sonar (ecogoniómetro); los detectores de grietas en los materiales metálicos (opacos a las radiaciones electromagnéticas), que se basan en el hecho de que las grietas reflejan parcialmente la energía ultrasonora incidente; las “líneas de retardo” ultrasónicas (utilizadas en las calculadoras electrónicas), que se basan en el hecho de que la propagación de los ultrasonidos en los sólidos es de 100-1.000 m/seg, por lo tanto inferior a la velocidad de las ondas electromagnéticas (3,108 m/seg).

También se usan en la medida de propiedades elásticas de los sólidos y de materias plásticas artificiales (como altos polímeros); en el trabajo mecánico de materiales extremadamente duros, donde el utensilio se sustituye por una cabeza radiante ultrasónica con una pasta abrasiva intermedia; la producción de emulsiones entre dos líquidos de densidad diferente mediante las irradiaciones de la superficie de separación; la precipitación de partículas en suspensión en un gas por efecto de la coagulación de las mismas y que se produce por la acción de una intensa radiación ultrasonora.


http://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_cat%C3%B3dicos

http://es.wikipedia.org/wiki/Osciloscopio

http://es.wikipedia.org/wiki/Piezoel%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Cristal

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_(f%C3%ADsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Interfase

http://es.wikipedia.org/wiki/Sonido

http://es.wikipedia.org/wiki/Receptor

http://es.wikipedia.org/wiki/Emisor

http://es.wikipedia.org/wiki/Supers%C3%B3nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Material

http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Ac%C3%BAstica

http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayos_no_destructivos

http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayos_no_destructivos



Además, se aplican en ciertos procedimientos metalúrgicos, como el refinado de los granos cristalinos durante el enfriamiento de las coladas fundidas, la ventilación de metales fundidos mediante irradiación por ultrasonido y la soldadura del aluminio mediante la irradiación ultrasónica de las superficies que se van a soldar, para eliminar la capa superficial de óxido.

Finalmente, se aplican también los ultrasonidos en bacteriología (destrucción de microorganismos) y en medicina (curación de enfermedades del oído, neuritis, periartritis, artrosis y úlceras).




CUESTIONARIO

1. Que es un ensayo ultrasónico

2. Que permiten detectar los aparatos ultrasónicos en un material

3. En que se basa el estudio ultrasónico.

BIBLIOGRAFÍA


Thornton y Colangelo, Ciencia de Materiales para Ingeniería. Última Edición. Ed. Prentice-Hall








Nombre de la práctica: Ensayo Partículas magnéticas



Ensayo Partículas magnéticas

Objetivo:

Se obtiene una imagen visual de las indicaciones en la superficie del material

A través de esta técnica se permite determinar e identificar los tipos de discontinuidades presentes, sin producir deterioro del material inspeccionado.

Introducción




El ensayo de Partículas Magnéticas es uno de los más antiguos que se conoce, encontrando en la actualidad, una gran variedad de aplicaciones en las diferentes industrias. Es aplicable únicamente para inspección de materiales con propiedades ferromagnéticas, ya que se utiliza fundamentalmente el flujo magnético dentro de la pieza, para la detección de discontinuidades.

Mediante este ensayo se puede lograr la detección de defectos superficiales y superficiales (hasta 3 mm debajo de la superficie del material). El acondicionamiento previo de la superficie, al igual que en las Tintas Penetrantes, es muy importante, aunque no tan exigente y riguroso.

La aplicación del ensayo de Partículas Magnéticas consiste básicamente en magnetizar la pieza a inspeccionar, aplicar las partículas magnéticas (polvo fino de limaduras de hierro) y evaluar las indicaciones producidas por la agrupación de las partículas en ciertos puntos. Este proceso varía según los materiales que se usen, los defectos a buscar y las condiciones físicas del objeto de inspección.

Para la magnetización se puede utilizar un banco estacionario, un yugo electromagnético, electrodos o un equipo portátil de bobina flexible, entre otros. Se utilizan los diferentes tipos de corrientes (alterna, directa, semi-rectificada, etc.), según las necesidades de cada inspección. El uso de imanes permanentes ha ido desapareciendo, ya que en éstos no es posible controlar la fuerza del campo y son muy difíciles de manipular.

Para realizar la inspección por Partículas Magnéticas existen varios tipos de materiales que se pueden seleccionar según la sensibilidad deseada, las condiciones ambientales y los defectos que se quieren encontrar. Las partículas magnéticas pueden ser:

Secas· Fluorescentes· Visibles (varios colores)

Húmedas· Fluorescentes· Visibles (varios colores)

Los métodos de magnetización y los materiales se combinan de diferentes maneras según los resultados deseados en cada prueba y la geometría del objeto a inspeccionar.




Principios Básicos

Cuando se estudia el comportamiento de un imán permanente, se puede observar que éste se compone por dos polos, Norte y Sur, los cuales determinan la dirección de las líneas de flujo magnético que viajan a través de él y por el espacio que lo rodea, siendo cada vez más débiles con la distancia.

Si cortamos el imán en dos partes, observaremos que se crean dos imanes nuevos, cada uno con sus dos polos, Norte y Sur, y sus correspondientes líneas de flujo magnético. Esta característica de los imanes es la que permite encontrar las fisuras abiertas a la superficie, y los defectos internos en una pieza, como se explicará a continuación.

La magnetización de un material ferromagnético se puede lograr mediante la inducción de un campo magnético fuerte, desde una fuente externa de magnetización (un electroimán), o mediante el paso de corriente directamente a través de la pieza. La fuerza del campo generado es resultado de la cantidad de corriente eléctrica que se aplique y el tamaño de la pieza, entre otras variables.

Una vez magnetizado el objeto de estudio, éste se comporta como un imán, es decir, se crean en él dos polos magnéticos Sur y Norte. Estos polos determinan la dirección de las líneas de flujo magnético, las cuales viajan de Norte a Sur.

Teniendo la pieza magnetizada (magnetización residual), y/o bajo la presencia constante del campo magnético externo (magnetización continua), se aplica el polvo de limadura de hierro seco, o suspendido en un líquido (agua o algún destilado del petróleo). Donde se encuentre una perturbación o una fuga en las líneas de flujo magnético, las pequeñas partículas de hierro se acumularán, formando la indicación visible o fluorescente, dependiendo del material usado.




La perturbación o fuga del campo magnético se genera por la formación de dos polos pequeños N y S en los extremos del defecto (fisura, poro, inclusión no-metálica, etc.). En la figura se muestra este efecto.

Al igual que en la mayoría de los Ensayos No Destructivos, en la inspección con Partículas Magnéticas intervienen muchas variables (corriente eléctrica, dirección del campo, tipo de materiales usados, etc.), las cuales deben ser correctamente manejadas por el inspector para obtener los mejores resultados. Por esta razón las normas MIL, ASTM, API, AWS y ASME entre muchas otras, y los manuales de mantenimiento de las aeronaves, exigen la calificación y certificación del personal que realiza este tipo de pruebas, con el fin de garantizar la confiabilidad de los resultados y así contribuir a la calidad del producto. Entre las regulaciones más conocidas de certificación de personal se encuentran: NAS-410, ISO 9712, SNT– TC–1A, ANSI/ASNT CP-189 y EN-473.

EQUIPO MATERIALES

Equipo de magnetización YUGO Y7 MAGNAFLUX AC/DC. Imán Permanente. Indicador de Campo Magnético. Partículas Magnéticas fluorescentes húmedas Gasómetro Lámpara de luz negra Radiómetro

PROCEDIMIENTO

Hacer una limpieza Íntegra a la pieza, con el fin de eliminar todo rastro de escoria de la misma, para no tener indicaciones falsas en la inspección, se pueden utilizar cepillos de alambre y algunos limpiadores.




Inducir magnetismo, colocando el yugo magnético sobre la pieza y a su vez aplicar las partículas magnéticas rosas, una vez que las partículas ya estén aplicadas totalmente sobre la pieza, retiramos el yugo.

Como siguiente paso eliminamos el exceso de partículas magnéticas de la superficie, esto se hace únicamente soplando uniformemente la pieza.

Por último tenemos que interpretar y evaluar los resultados obtenidos de la inspección. Tomando en cuenta el principio de la inspección por partículas magnéticas:

o Solo podremos detectar discontinuidades superficiales y sub-superficiales.




o Solo podremos detectar discontinuidades cuya orientación sea de forma perpendicular al flujo magnético que estamos incidiendo.




CUESTIONARIO

1. Que es un ensayo por partículas magnéticas

2. Que permiten detectar este tipo de ensayo

3. Por qué este ensayo es poco eficiente a la hora de detectar algún problema.

4. Que es el flujo magnético

5. Que material es recomendado para este tipo de ensayo

BIBLIOGRAFÍA


Thornton y Colangelo, Ciencia de Materiales para Ingeniería. Ultima Edición. Ed. Prentice-Hall








Nombre de la práctica: Ensayo Líquidos penetrantes



Ensayo Líquidos penetrantes

Objetivo

Esta práctica tiene por objeto regular la inspección por líquidos penetrantes de las soldaduras, metal base y accesorios de tuberías e instalaciones.




Introducción

la inspección por líquidos penetrantes es un tipo de ensayo no destructivo que se utiliza para detectar e identificar discontinuidades presentes en la superficie de los materiales examinados. Generalmente se emplea en aleaciones no ferrosas, aunque también se puede utilizar para la inspección de materiales ferrosos cuando la inspección por partículas magnéticas es difícil de aplicar. En algunos casos se puede utilizar en materiales no metálicos. El procedimiento consiste en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la superficie en estudio, el cual penetra en cualquier discontinuidad que pudiera existir debido al fenómeno de capilaridad. Después de un determinado tiempo se elimina el exceso de líquido y se aplica un revelador, el cual absorbe el líquido que ha penetrado en las discontinuidades y sobre la capa del revelador se delinea el contorno de éstas.

Las aplicaciones de esta técnica son amplias, y van desde la inspección de piezas críticas como son los componentes aeronáuticos hasta los cerámicos como las vajillas de uso doméstico. Se pueden inspeccionar materiales metálicos, cerámicos vidriados, plásticos, porcelanas, recubrimientos electroquímicos, entre otros. Una de las desventajas que presenta este método es que sólo es aplicable a defectos superficiales y a materiales no porosos.

PREPARACIÓN Y LIMPIEZA DE LA PIEZA:

Limpiar cuidadosamente la superficie a inspeccionar de pintura, aceite, grasa y otros contaminantes. Será necesario eliminar los restos de óxidos, pinturas, grasas, aceites, taladrinas, carbonilas, etc. Y esto se hace por métodos químicos, ya que los mecánicos, están prohibidos por la posibilidad que tiene su aplicación de tapar defectos existentes.

Se pueden usar todos aquellos procesos que dejen a la superficie limpia y seca; que no dañen al espécimen y que no empleen productos que sean incompatibles con los componentes.

Soluciones detergentes en caliente por inmersión, desengrase en fase de vapor o desengrase mediante disolvente, son los principales métodos para eliminar grasas y aceites. Los óxidos y las carbonillas térmicas se eliminaran con desoxidantes alcalinos o ácidos y a veces, principalmente en superficies rectificadas se hace un ataque ácido a fondo que abre las grietas durante la operación. Las pinturas se eliminan con productos cáusticos en caliente o basados en ellos.


http://es.wikipedia.org/wiki/Porcelana

http://es.wikipedia.org/wiki/Pl%C3%A1stico

http://es.wikipedia.org/wiki/Cer%C3%A1mica_t%C3%A9cnica

http://es.wikipedia.org/wiki/Metal

http://es.wikipedia.org/wiki/Aeron%C3%A1utica

http://es.wikipedia.org/wiki/Revelador

http://es.wikipedia.org/wiki/Capilaridad

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido

http://es.wikipedia.org/wiki/Inspecci%C3%B3n_por_part%C3%ADculas_magn%C3%A9ticas

http://es.wikipedia.org/wiki/Inspecci%C3%B3n_por_part%C3%ADculas_magn%C3%A9ticas

http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro

http://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Material

http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_no_destructivo



APLICACIÓN DEL PENETRANTE.

Los penetrantes se aplican por inmersión, rociado con un cepillo o brocha, vertiendo el líquido sobre la pieza o cualquier otro método, vertiendo el líquido sobre la pieza o cualquier otro método que cubra la zona que se inspecciona.

Será necesario obtener una película fina uniforme en toda la superficie y se deberá esperar un tiempo llamado tiempo de penetración para que el líquido penetre en grietas. Este tiempo oscila entre los 5 y 15 minutos dependiendo del material y la clase de grietas.

ELIMINACIÓN DEL EXCESO DE PENETRANTE.

Se debe retirar la capa superficial del penetrante de forma que lo único que permanezca sea el que se hubiera alojado en las discontinuidades.

Se entiende por exceso de penetrante todo líquido que no se ha introducido en los defectos y que permanece sobrante sobre la superficie de la pieza a inspeccionar..

Esta etapa es crítica y de su correcta realización dependerá el resultado final de la inspección, ya que es necesario eliminar y limpiar el exceso de penetrante de tal modo que no extraigamos el penetrante introducido en los defectos. Si no se ha eliminado perfectamente el líquido penetrante, en la inspección final aparecerán manchas de penetrante produciendo indicaciones falsas e incluso, el enmascaramiento de las grietas. Para saber si hemos eliminado bien el exceso de penetrante es necesario hacer una inspección visual. Es aconsejable quitar en primer lugar la mayor parte del penetrante con trapos o papel absorbente y después eliminar el resto utilizando trapos o papel ligeramente impregnados en disolvente.

APLICACIÓN DEL REVELADOR.

Aplicar el revelador y dejarlo actuar.

El revelado es la operación que hace visible al ojo humano la posición del defecto. El revelador es básicamente un producto en polvo de compuestos químicos blancos, inertes y con una granulometría tal que dispone de un gran poder de absorción. Una vez aplicado el revelador, hay que esperar un tiempo para que absorba el penetrante, este tiempo oscila entre 5 y 15 minutos.

Durante la preparación de las piezas para la inspección es necesario secarlas después de la aplicación del revelador húmedo o eliminar el remanente antes del uso del polvo revelador seco.




INSPECCIÓN FINAL DE LA PIEZA.

Una vez transcurrido el tiempo de revelado, se procede a la inspección de los posibles defectos de las piezas procesadas.

El tiempo de revelado depende del tipo de penetración, del revelador y del defecto, pero deberá permitirse tiempo suficiente para que se formen las indicaciones. La inspección se realiza antes de que el penetrante comience a exudar sobre el revelador hasta el punto de ocasionar la perdida de definición.

El proceso de inspección se compone de tres etapas.

A. Inspección. B. Interpretación.

C. Evaluación.

Una regla práctica es que el tiempo de revelado nunca debe ser menor a siete minutos.

Indicaciones relevantes. Son las causadas por discontinuidades que están generalmente presentes en el diseño.

Indicaciones falsas. Son el resultado de alguna forma de contaminación con penetrantes, estas indicaciones no pueden referirse a ningún tipo de discontinuidad.

LIMPIEZA FINAL.

Se debe llevar a cabo en razón de los productos usados en el ensayo.




CUESTIONARIO

1. Que es un ensayo por líquidos penetrantes

2. Que permiten detectar este tipo de ensayo

3. Menciona los pasos a seguir para efectuar este tipo de ensayo

4. Que tiempo tienes que esperar para poder revelar los resultados de la prueba

BIBLIOGRAFÍA


Thornton y Colangelo, Ciencia de Materiales para Ingeniería. Ultima Edición. Ed. Prentice-Hall


Manual de Practicas Metrologia y Normalizacion

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