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BLOQUE 1.- MATERIALES. TEMA 1: “Procedimientos de ensayo y medida de los materiales” Esquema: TEMA 1: “Procedimientos de ensayo y medida de los materiales”.....................................................1 1.- Introducción..............................................................................................................................2 2.- Propiedades de los materiales..................................................................................................3 2.1.- Propiedades eléctricas.......................................................................................................3 Conductividad eléctrica:...................................................................................................................................3 Resistividad....................................................................................................................................................4 Superconductividad........................................................................................................................................4 Piezoelectricidad................................................................................................................................................4 Piroelectricidad..................................................................................................................................................4 2.2.- Propiedades magnéticas....................................................................................................5 2.3.- Propiedades electromagnéticas.........................................................................................5 Espectro electromagnético................................................................................................................................5 2.3.1.- Ópticas.....................................................................................................................................................5 2.3.2.-Radiación nuclear: rayos “α”, “β”, “γ” y “x”.......................................................................................6 2.4.- Propiedades térmicas.........................................................................................................6 2.5.- Propiedades mecánicas.....................................................................................................7 2.6.- Propiedades químicas........................................................................................................8 3.- Objeto y clasificación de los ensayos.......................................................................................9 4.- Ensayos de propiedades mecánicas. Destructivas...............................................................10 4.1.- Estáticas:..........................................................................................................................10 4.1.1.- Dureza....................................................................................................................................................10 4.1.1.1.-De dureza al rayado:.......................................................................................................................10 Ensayo de Martens ................................................................................................................................10 Ensayo a la lima.....................................................................................................................................10 Ensayo de Mohs.....................................................................................................................................10 4.1.1.2.- A la penetración:............................................................................................................................11 Ensayo Brinell........................................................................................................................................11 Ensayo Vickers.......................................................................................................................................12 Ensayo Knoop........................................................................................................................................13 Ensayo Rockwell....................................................................................................................................13 4.1.1.3.- Ensayos dinámicos:.......................................................................................................................14 Método Shore (HS)................................................................................................................................14 Método Poldi..........................................................................................................................................14 4.1.2.- Elasticidad, plasticidad, resistencia:...................................................................................................14 Esfuerzo o Tensión.................................................................................................................................14 Deformación..........................................................................................................................................15 4.1.2.1.- Ensayo de tracción, fluencia..........................................................................................................15 Máquinas de ensayo y probetas tipo......................................................................................................15 Estudio del diagrama esfuerzo-deformación.........................................................................................16 Datos que se obtienen del ensayo..........................................................................................................17 Ley de Hooke..........................................................................................................................................18 4.1.2.2.- Ensayo de compresión...................................................................................................................18 4.1.2.3.-Ensayo de flexión...........................................................................................................................19 4.1.2.4.- Ensayo de torsión...........................................................................................................................19 4.1.2.5.- Ensayo de cizalladura o cortadura.................................................................................................19 4.1.2.6.- Ensayo de pandeo..........................................................................................................................19 4.2.- Dinámicas:.......................................................................................................................19 4.2.1.- Tenacidad: De resistencia al choque...................................................................................................19 [email protected] Página 1

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BLOQUE 1.- MATERIALES.

TEMA 1: “Procedimientos de ensayo y medida de los materiales”

Esquema:TEMA 1: “Procedimientos de ensayo y medida de los materiales”.....................................................1

1.- Introducción..............................................................................................................................22.- Propiedades de los materiales..................................................................................................3

2.1.- Propiedades eléctricas.......................................................................................................3Conductividad eléctrica:...................................................................................................................................3

Resistividad....................................................................................................................................................4Superconductividad........................................................................................................................................4

Piezoelectricidad................................................................................................................................................4Piroelectricidad..................................................................................................................................................4

2.2.- Propiedades magnéticas....................................................................................................52.3.- Propiedades electromagnéticas.........................................................................................5

Espectro electromagnético................................................................................................................................52.3.1.- Ópticas.....................................................................................................................................................52.3.2.-Radiación nuclear: rayos “α”, “β”, “γ” y “x”.......................................................................................6

2.4.- Propiedades térmicas.........................................................................................................62.5.- Propiedades mecánicas.....................................................................................................72.6.- Propiedades químicas........................................................................................................8

3.- Objeto y clasificación de los ensayos.......................................................................................94.- Ensayos de propiedades mecánicas. Destructivas...............................................................10

4.1.- Estáticas:..........................................................................................................................104.1.1.- Dureza....................................................................................................................................................10

4.1.1.1.-De dureza al rayado:.......................................................................................................................10Ensayo de Martens ................................................................................................................................10Ensayo a la lima.....................................................................................................................................10Ensayo de Mohs.....................................................................................................................................10

4.1.1.2.- A la penetración:............................................................................................................................11Ensayo Brinell........................................................................................................................................11Ensayo Vickers.......................................................................................................................................12Ensayo Knoop........................................................................................................................................13Ensayo Rockwell....................................................................................................................................13

4.1.1.3.- Ensayos dinámicos:.......................................................................................................................14Método Shore (HS)................................................................................................................................14Método Poldi..........................................................................................................................................14

4.1.2.- Elasticidad, plasticidad, resistencia:...................................................................................................14Esfuerzo o Tensión.................................................................................................................................14Deformación..........................................................................................................................................15

4.1.2.1.- Ensayo de tracción, fluencia..........................................................................................................15Máquinas de ensayo y probetas tipo......................................................................................................15Estudio del diagrama esfuerzo-deformación.........................................................................................16Datos que se obtienen del ensayo..........................................................................................................17Ley de Hooke..........................................................................................................................................18

4.1.2.2.- Ensayo de compresión...................................................................................................................184.1.2.3.-Ensayo de flexión...........................................................................................................................194.1.2.4.- Ensayo de torsión...........................................................................................................................194.1.2.5.- Ensayo de cizalladura o cortadura.................................................................................................194.1.2.6.- Ensayo de pandeo..........................................................................................................................19

4.2.- Dinámicas:.......................................................................................................................194.2.1.- Tenacidad: De resistencia al choque...................................................................................................19

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Ensayo Charpy.............................................................................................................................................19Ensayo Izod..................................................................................................................................................21

4.2.2.- Resistencia:............................................................................................................................................21Ensayo de desgaste.......................................................................................................................................21Ensayo de fatiga...........................................................................................................................................21

4.3.- Tecnológicos:...................................................................................................................224.3.1.- Ensayo de la chispa...........................................................................................................................224.3.2.- Ensayo de plegado o doblado...........................................................................................................224.3.3.- Ensayo de forjado.............................................................................................................................224.3.4.- Ensayo de punzonamiento o de embutición.....................................................................................224.3.4.- Ensayo de corte.................................................................................................................................22

5.- Ensayos no destructivos (END).........................................................................................235.1.-Ensayos de composición...........................................................................................................................23

5.1.1.- Métodos cualitativos y semicuantitativos.........................................................................................235.1.1.1.- Ensayo de gota.........................................................................................................................235.1.1.2.- Ensayo por líquidos penetrantes.............................................................................................235.1.1.3.- Espectroscopía rápida ............................................................................................................235.1.1.4.- Ensayos estructurales..............................................................................................................23

5.1.1.4.1.- Ensayos microgáficos de análisis de constitución..........................................................235.1.1.4.2.- Ensayos macroscópicos...................................................................................................23

5.1.1.5.- Comprobación magnética........................................................................................................235.1.1.6.- Ensayos eléctricos...................................................................................................................23

5.1.2.- Técnicas de análisis químicos...........................................................................................................245.1.2.1.- Espectrofotómetros de absorción. Análisis fotocolorímetro...................................................245.1.2.2.- Espectrofotómetros de emisión................................................................................................24

5.2.- De estructuras cristalinas:......................................................................................................................245.2.1.- De rayos “x”.....................................................................................................................................245.2.2.- De rayos gamma...............................................................................................................................245.2.3.- De ultrasonidos.................................................................................................................................24

1.- IntroducciónEn este tema se plantean los materiales con una finalidad, su utilidad. Al considerar un material

determinado, debe tenerse presente el binomio material-utilidad que deriva de sus propiedades puesto que es necesario definir y cuantificarlas de forma que determinen el comportamiento en el momento de su utilización.

Antiguamente, sólo la experiencia del constructor o del artesano permitía seleccionar los materiales más idóneos en cada caso. Actualmente, a medida que aumentamos el consumo de materiales, se hace necesario racionalizar al máximo su aprovechamiento, evitando sobre dimensionamientos costosos e innecesarios. La reducción de los coeficientes obliga a intensificar el control de los materiales, dando cada vez con esto más importancia al ensayo de los mismos.

El estudio basado en los ensayos y la experimentación sistemática ha dado lugar a la llamada ciencia e ingeniería de los materiales.

Las propiedades de los materiales son los diferentes comportamientos o respuestas de éstos bajo la acción o la influencia de factores externos, como la fuerza, la temperatura, la luz, los agentes químicos o la electricidad. Al tratar de las propiedades de los materiales deben destacarse los siguientes aspectos:

● Por una parte, la necesidad de que las propiedades puedan ser cuantificadas mediante magnitudes.

● Por otra, la variabilidad en los valores medidos cuando se realizan los ensayos, es decir, en

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ensayos idénticos no siempre se obtienen los mismos valores. Debemos controlar la dispersión y errores de los datos.

● Un aspecto que también es causa de variabilidad al estudiar las propiedades de un material es su carácter isótropo o anisótropo. En los materiales isótropos las propiedades no dependen de la dirección en la que se observen. Los materiales anisótropos son aquellos cuyas propiedades varían según la dirección en la que se consideren.

En este tema se presentan las propiedades más relevantes de los materiales que en los temas posteriores se ven, de forma más puntual, en el estudio de cada uno de los materiales tecnológicos, además del estudio de los métodos de ensayo y determinación de los mismos.

2.- Propiedades de los materialesDefinimos las propiedades de un material, como las características de las reacciones ante

acciones exteriores que tienden a alterar su equilibrio. Se dice que un material tiene una determinada propiedad cuando la calidad de dicha propiedad es en él superior a cierto límite, arbitrario y variable, según la utilización que se pretenda hacer con ella.

Las características de los materiales pueden manifestarse espontáneamente, es decir, sin intervención de agentes exteriores, o por la actuación de dichos agentes. En el primer caso tenemos las propiedades intrínsecas del material ; como son el peso específico, el volumen, la configuración cristalográfica, etc. En el caso de que las propiedades se manifiesten al actuar una causa exterior en el material.

Es importante conocer la relación que existe entre estructura interna del material, su procesamiento y sus propiedades finales. Cuando se cambia alguno de los tres aspectos de esta relación, cualquiera de los otros también se alterar.

Las propiedades pueden agruparse de maneras diferentes. No obstante, desde el punto de vista técnico la siguiente clasificación:

1. Propiedades sensoriales.- Son aquellas propiedades que, como el color, el brillo o la textura , están relacionadas con la impresión que produce el material en nuestros sentidos.

2. Las propiedades fisicoquímicas.- Son aquellas propiedades que nos informan sobre el comportamiento del material ante diferentes acciones externas.

3. Propiedades tecnológicas.- Son aquellas propiedades que nos informan sobre el comportamiento del material durante la fabricación.

4. Propiedades ecológicas.- Son aquellas propiedades relacionadas con la mayor o menor nocividad del material para el medio ambiente: toxicidad, volatilidad, facilidad de reciclado, etc.

Como todas las propiedades pueden relacionarse de forma química, física, constitutiva, etc, se ha determinado realizar la clasificación según su clasificación más inmediata en: eléctrica, magnética, electromagnética, térmica, mecánica y química.

2.1.- Propiedades eléctricasEn muchas aplicaciones, el comportamiento eléctrico es más importante que el mecánico.

Conductividad eléctrica:La conductividad eléctrica “σ” es la facilidad con la que cada material deja pasar a través de el

una corriente de cargas eléctricas al estar sometido a una diferencia de potencial en sus extremos.

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Su valor varía con la temperatura y por el número de defectos en la red (dislocaciones o impurezas en el material). Si la graduamos podemos clasificar esta propiedad en : superconductividad, conductividad, semiconductividad, dielectricidad.

Resistividad

Se denomina resistividad a la propiedad inversa de la conductividad. =R⋅A

L= 1

Según la resistividad se clasifican los materiales en:● Superconductores: su resistividad es “cero”, es decir, que está por debajo de la precisión de

los instrumentos de medida actuales. ● Conductores: su resistividad es muy baja del orden de ≈10−6÷10−4⋅cm . ● Semiconductores: su resistividad es media del orden de ≈10−3÷109⋅cm . Hay de dos

tipos intrínsecos y extrínsecos (con impurezas). Normalmente se emplea Silicio (Si), Germanio (Ge) o Arseniuro de Galio (AsGa). No tiene dual como propiedad.

● Dieléctricos o aislantes: su resistividad es muy alta del orden de ≈109÷1022⋅cm . Suelen ser materiales plásticos, cerámicos y vítreos.

SuperconductividadSon considerados conductores perfectos, pero en la actualidad sólo se dan en muy bajas

temperaturas. De entre ellos podemos destacar metales como el mercurio (Hg), plomo (Pb), Indio (In), Aluminio (Al) y Talio (Ta); semiconductores sometidos a presión como el Silicio (Si) y Germanio (Ge); materiales intermetálicos como el Niobio-Titanio (NbTi) o aleaciones como el Magnesio boro(MgB2) y óxidos cerámicos de estructura perovskita.

Sus aplicaciones:

● Médicas : aparatos de resonancia magnética nuclear y TAC.

● Electrotécnicas : levitación magnética de trenes, transformadores de alto campo, interruptores electrónicos, computadores de alta velocidad, Baterías de automóviles eléctricos, plantas de energía para fusión, motores y generadores de corriente alterna...

PiezoelectricidadCapacidad de algunos materiales para generar electricidad al ser presionados y/o viceversa,

capacidad de modificar sus dimensiones al someterlos a un campo eléctrico. Cambio de dimensiones de un material cuando actúa sobre él un campo eléctrico. Aplicaciones típicas son los denominados músculos de hilo (muscle wire) empleados en bioingeniería, biónicas, o robóticas de Nitinol. Se trata de aleaciones de Niquel y Titanio. Ejemplo:cuarzo, perovskita (titanatos, tantalio de litio, Nitrato de litio...) .

Sus aplicaciones típicas son:● Médicas: sustituto de la piel humana● Electrónicas: cristales resonadores para relojes y computadores, micrófonos o transductores

de presión.● Militares: detectores ultrasónicos.

PiroelectricidadCuando la temperatura de un cristal varía uniformemente (se calienta o se enfría) se puede

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producir un desplazamiento de los iones de tal manera que se polariza. Los materiales más usuales son la turmalina y la Sel de Rochelle.

Sus aplicaciones: transductores de calor-temperatura en cámaras térmicas y de visión nocturna, así como en sensores de presencia PIR de sistemas de alarma.

2.2.- Propiedades magnéticasEstas propiedades representan la interacción de la estructura y la microestructura atómica con el

campo magnético; esto permite producir imanes permanentes y electro imanes. Algunas de las propiedades son: dipolos y momentos magnéticos, imanación, permeabilidad, magnetizar(es comunicar a algún cuerpo la propiedad magnética, convertirlo en un imán), ferromagnetismo, ferrimagnetismo, paramagnetismo (al aumentar la temperatura disminuye su imanación), antiferromagnetismo y diamagnetismo.

Los materiales magnéticos se pueden dividir en: blandos, duros, nanomateriales (generados por Sputtering y sistemas magneto ópticos. Sus aplicaciones: tecnología militar, investigación, materiales inteligentes.)

2.3.- Propiedades electromagnéticasLas propiedades electromagnéticas se pueden

clasificar en dos grandes grupos: ópticas y radioactivas.

Dentro de cada grupo, podemos distinguir las siguientes propiedades: emisión, transmisión, absorción, reflexión y refracción.

Espectro electromagnético.Un material puede emitir, transmitir, absorber,

reflejar y refractar energía o radiaciones en forma de ondas o partículas. Aunque los materiales pueden tener características sobre todo el espectro electromagnético de frecuencias, analizaremos el rango de espectro visible e infrarroja y el rango de radiación nuclear, que son los más completos.

2.3.1.- ÓpticasAl incidir fotones sobre un

material, ceden su energía produciendo luminiscencia (propiedad de emitir luz en cualquier rango de frecuencia) y esta se clasifica en f otoemisión se da en algunos metales y semiconductores por ejemplo LED, diodos LASER, fosforescencia emisión de radiación de un material durante un tiempos con tiempos de relajación grandes, fluorescencia emisión de radiación de un material con tiempos

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de relajación pequeños. Otras propiedades son: absorción (metales de color negro), reflexión (metales de color blanco o plateado), transmisión, refracción.

2.3.2.-Radiación nuclear: rayos “α”, “β”, “γ” y “x”.Se denomina radiactividad al fenómeno por el cual los átomos emiten radiaciones de forma

espontanea porque se trata de átomos inestables y buscan su estabilidad a estos se les denomina isotopos. Los materiales, al igual que pasaba en el espectro visible, pueden emitir, transmitir, reflejar o absorber energía del rango de rayos nucleares y cósmicos.

Las emisones pueden ser de rayos “ α ” , rayos “ β ” , rayos “ γ ” y de rayos “x” (los átomos de cada elemento producen un espectro característico que permite usar estas emisiones para identificar materiales).

Ademas de las propiedades de absorción, transmisión, reflexión, refracción y difracción (cuando las ondas de una radiación de cualquier clase llegan a un material que posee una pequeña abertura, se propagan más allá del obstáculo en todas direcciones, constituyéndose la abertura el centro de la radiación. Esto puede observarse con las ondulaciones producidas en el agua al caer una piedra y al encontrar éstas un muro con una abertura. Si en lugar de encontrar una abertura encuentran las ondas en su camino una reja con aberturas espaciadas regularmente a una distancia igual o mayor que la longitud de onda de la radiación, se observa que las ondas secundarias originadas en cada abertura se interfieren y anulan en la mayoría de direcciones, pero existen direcciones privilegiadas que en vez de anularse se refuerzan originando la difracción. Se emplea en medicina con máquinas de oncología y rayos “x”).

2.4.- Propiedades térmicasSon:

• Calor específico : cantidad de calor tomada o cedida por un cuerpo para variar en una cantidad su temperatura., es decir, equivale a la cantidad de energía que hay que suministrar por unidad de masa para elevar la temperatura del sistema un grado

C= Qm. T f−T i

= Qm. ΔT .

• C apacidad calorífica de un sistema cerrado en un proceso infinitesimal que depende de la P

y T de trabajo, se define como C= limΔT 0

QΔT (J/K).

• C onductividad , indica la velocidad en la que se transfiere el calor a través de un material. Esta propiedad permite diferenciar entre materiales: conductores térmicos y materiales aislantes.

• P untos críticos : fusión, ebullición, sublimación, transición vítrea e inflamabilidad.

• Punto de fusión: temperatura a la cual un material pasa del estado sólido a líquido.• Punto de ebullición: temperatura a la cual un material pasa del estado líquido a

gaseoso.• Punto de sublimación: temperatura a la cual un material pasaría de estado sólido a

gaseoso.• Punto de transición vítrea: temperatura a la cual algunos materiales poliméricos

pasan de estado sólido a un estado gomoso.

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• Punto de inflamabilidad: es la temperatura más baja en la que puede formarse una mezcla inflamable en contacto con el aire. El comportamiento de los materiales frente al fuego es muy variable, pudiéndose clasificar desde este punto de vista en: incombustibles, autoextinguibles, combustibles, inflamables.

• C ambio de forma o tamaño: Dilatación . Consiste en el aumento o disminución de las dimensiones del material en función de la temperatura del mismo, causada por la agitación de los átomos dentro de la red cristalina por la energía aportada por la temperatura.

2.5.- Propiedades mecánicasSon:

a) Masa y peso . Masa es la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo. El peso es la medida de la fuerza gravitatoria actuando sobre un objeto, al ser una fuerza, se mide con un dinamómetro.

b) V olumen cantidad de espacio que ocupa su materia .

c) Densidad / peso específico, (ρ) es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en

un determinado volumen =mv= Kg

m3 . El peso específico es el cociente entre el peso del

material y el volumen que ocupa en el espacio. Cuando se trata de gases es preciso fijar la presión y la temperatura a que se encuentra.

d) Porosidad , o capacidad de un objeto de absorber líquidos o gases.

e) Resistencia se refiere a la capacidad de los sólidos deformables para soportar tensiones sin alterar su estructura interna o romperse. Esta resistencia puede ser:

• Resistencia a la tracción o compresión que es la tensión que corresponde a la carga máxima en un ensayo de tracción.

• Resistencia a flexión que es la tensión requerida para fracturar una probeta en un ensayo de flexión, se conoce también como módulo de rotura.

• Resistencia a la fatiga que es la tensión requerida para causar fallo por fatiga en un número determinado de ciclos. Es por tanto la disminución de la resistencia mecánica de los materiales al someterlos a esfuerzos repetidos.

• La dureza se utiliza para obtener una medida de resistencia de la superficie de un material a la penetración por un objeto duro. Se relaciona directamente con ésta el desgaste y, en ocasiones, la rugosidad superficial o conjunto de irregularidades de la superficie real.

• La cohesión es la resistencia que ofrecen los átomos a separarse. Está relacionada no sólo con la resistencia sino con la tensión, elasticidad y plasticidad, pero se valora también con los ensayos de dureza y los de tracción.

f) Elasticidad y Rigidez El término elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentra sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan. Pero la medida cualitativa de la deformación elástica producida por un material es la rigidez. Un material rígido tiene un módulo de elasticidad elevado.

g) Deformación es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a la aplicación de una o más fuerzas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica. Pero el incremento porcentual total en la longitud de una probeta durante una deformación se denomina elongación. Con esto la deformación elástica es la alteración del material que se recupera al

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eliminar la fuerza aplicada.

h) Plasticidad . Es la deformación que se conserva una vez quitada la carga son deformaciones permanentemente e irreversiblemente.

i) Tenacidad: resiliencia . La tenacidad es la medida cualitativa de la capacidad de un material para resistir un impacto. Un material que resiste la rotura por impacto se dice que es tenaz. Pero la medida cuantitativa de la energía total que absorbe un material hasta romperse o cantidad de energía por unidad de volumen que puede absorber un material es lo que se denomina resiliencia. Por tanto la resiliencia en el resultado de la medida de la tenacidad.

j) Ductilidad, Fragilidad, maleabilidad y sectilidad. Capacidad de un material para deformarse de forma permanente sin romperse, cuando se le aplica una fuerza .Así la capacidad relativa a la facilidad de estirarlo en forma de hilos. Existe una temperatura de transición a la cual un material cambia su comportamiento de frágil a dúctil denominada temperatura de transición.. Por tanto la ductilidad es consecuencia e la tenacidad, elasticidad, plasticidad y resistencia y está íntimamente relacionado con éstas. Además de la ductilidad tenemos:

• Frágil (fragilidad): Calidad de un material relativa a la facilidad de romperse o reducirse a polvo. Si un material es frágil no es tenaz.

• Maleable (maleabilidad): Capacidad relativa a la facilidad de conformarse deformándose en forma de hojas delgadas..

• Sectil (sectilidad): Capacidad de un material relativa a la facilidad para cortar en virutas delgadas con un cuchillo.

k) Hidrodinámicas: viscosidad y permeabilidad . La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. La permeabilidad es una propiedad que nos sirve para diferenciar materiales insolubles que se dividen en permeables e impermeables, según que permitan o no el paso del agua a su través, pudiendo hacerlo en ambos casos por inhibición o sin inhibición. La permeabilidad de un material crece al aumentar la temperatura así como la diferencia de presión y decrece al aumentar el espesor de la pieza, o al disminuir el radio medio de la red capilar.

l) A cústicas: Conductividad es la capacidad de conducir en este caso vibraciones del rango de las ondas sónicas porque su resistencia es muy baja al paso de las mismas.

2.6.- Propiedades químicas• Composición. Estabilidad : La composición de un

material es el conjunto de átomos de elementos químicos que forman parte del mismo. En función de los elementos que lo componen, entre otras causas, dependerá la estructura cristalina y el resto de propiedades. Se denomina elemento si todos sus átomos son iguales. Mientras que recibe el nombre de compuesto si éstos son distintos. La estabilidad

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de un elemento químico es una propiedad que depende de si tienen completa la última capa de electrones de valencia.

• Estructura cristalina o red cristalina . La red cristalina es un apilamiento simétrico de los átomos en el espacio y es propio de cada elemento.

• P olimorfismo o Alotropía . El polimorfismo es la capacidad de un material sólido de existir en más de una forma o estructura cristalina estable. Por ejemplo, el diamante y el grafito son polimorfos del carbono. Cuando esta propiedad se da en compuestos formados por un único elemento se denomina también alotropía.

• Fuerza de enlace debida a la estructura: iónica, covalente o metálica. Conductividad eléctrica iónica.: El tipo de enlace es una propiedad de los materiales que depende de la composición química de los mismos y es la causa de algunas propiedades como la conductividad eléctrica, dureza, ...: La conductividad iónica es la propiedad que tienen algunos materiales que se produce al disociarse moléculas, con enlace iónico, en iones que, sometidas a un campo eléctrico, se mueven. A este proceso se denomina electrolisis. Aplicaciones que se basan en esta propiedad son: las baterías salinas, baterías recargables (ión-Litio) o las pilas de combustible.

• Corrosión. Oxidación . Podemos definir la corrosión como el deterioro lento de un material por la acción de un agente exterior. .

3.- Objeto y clasificación de los ensayos.Los ensayos de materiales tienen como objeto poner de manifiesto, mediante métodos, las

propiedades de los materiales ensayados o descubrir los defectos de las piezas fabricadas.

Se pueden clasificar los ensayos de medida atendiendo a diversos criterios:● Rigurosidad del ensayo :

Científicos: se hacen en laboratorios especializados y permiten obtener valores precisos y normalizados.

Tecnológicos: se realizan en fábrica e indican calidades del material. Que desde el punto de vista mecánico de conformación, por ejemplo: doblado, embutición, forja, corte, punzonado, soldadura.

● Tipo de análisis de la propiedad: Cualitativos: indican la presencia o no de la propiedad en el material. Cuantitativos: dan una magnitud de la composición o de las propiedades en el material.

● La naturaleza del ensayo : según algunos autores se organiza de la siguiente manera: Química: permite conocer la composición cualitativa y/o cuantitativa del material, así

como, la naturaleza del enlace químico o la estabilidad del material frente agentes corrosivos.

Metalográficos: permiten conocer la estructura interna del material con el uso del microscopio.

Físico: cuantifican ciertas propiedades físicas: densidad, punto de fusión... Nucleares: permite conocer la composición cualitativa y/o cuantitativa del material. Electromagnéticas: permite descubrir las propiedades eléctricas y/o magnéticas de los

materiales así como localizar defectos. Mecánicas: se determina la resistencia del material a ciertos esfuerzos. Según la

velocidad de aplicación de los esfuerzos, se subdivide en:

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■ Estáticas : la velocidad de aplicación de la fuerza no influye en el resultado. La carga que se aplica es constante o progresivamente creciente

■ Dinámicas : la velocidad de aplicación es importante en el ensayo, la carga se aplica brusca o alternativamente variable con el tiempo.

● Según se mantenga la integridad del material: Destructivos: producen daño o rotura de la pieza sometida a ensayo No destructivos: no ven alterada su forma y su presencia inicial.

4.- Ensayos de propiedades mecánicas. DestructivasEn estos ensayos la probeta a analizar se inutiliza después del ensayo. Pueden ser estáticos o

dinámicos.

4.1.- Estáticas:

4.1.1.- DurezaEs el resultado de un ensayo. Es la resistencia superficial a la deformación

4.1.1.1.-De dureza al rayado:Los primeros procedimientos que se utilizaron, se basaron en la resistencia que oponen los

cuerpos a ser rayados.

Ensayo de Martens

Fue la primera máquina que se empleó para medir la dureza al rayado. El ensayo consistía en la medida de la anchura de una raya, que se produce en el material ensayado mediante una punta de diamante de forma piramidal, cargada con una fuerza determinada y constante. Así el valor de

la dureza se calcula: ΔM=1000

a2 Se mide la anchura del surco mediante

micras.

Ensayo a la lima

Por medio de una lima en buen estado, se puede determinar de forma aproximada la dureza de un acero templado.

Si no entra la lima, la dureza del acero será superior a 60 HRC (60 Rock-well-C), y si entra la dureza será inferior a 58 HRC (58 Rockwell-C)

Ensayo de Mohs

Basada en una escala de diez minerales donde el cuerpo más duro era el diamante y el más blando el talco y se empleaba desde el más blando hasta que se rayaba el material. Actualmente en desuso. La escala es: talco (1), gema de sal (2), calcita (3), fluorita (4), apatito (5), feldespato (6), cuarzo (7), topacio (8), corindón (9) y diamante (10).

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BLOQUE 1.- MATERIALES.

4.1.1.2.- A la penetración:Estas técnicas cuantitativas para determinar la dureza de los materiales se basan en un pequeño

penetrador que es forzado sobre la superficie del material a ensayar en condiciones controladas de carga y velocidad de aplicación de la misma. Miden la huella resultante.

Ensayo Brinell

Consiste en comprimir una bola de acero templado, de un diámetro determinado, contra el material a ensayar, por medio de una carga (F) y durante un tiempo determinado (t). HB = F/ S (Kp/mm2) .

Teniendo en cuenta la superficie del casquete esférico que constituye la huella de la bola, tendremos el número en kilogramos de presión por milímetro cuadrado, y este número es, precisamente, lo que se denomina cifra de dureza de Brinell. Su unidad es HB.

Desarrollo del procedimiento:

1. Comprimo la bola conocida.2. Conocemos la fuerza y el tiempo de presión.3. Medimos la huella en su diámetro “d”4. Como la esfera deja sobre el material un área de S=2. .h calculamos la

altura como sigue:

Pitágoras: D2

2

=D2−h

2

d2

2

, donde x= D2−h luego

x= D2

2

− d2

2, sabíamos por el diseño que el valor de h es:

h= D2−x= D

2− D

2

2

− d2

2sustituyendo el área:

S= . D . D2−D

2

2

− d2

2

= . D2

.D− D2− d 2

5. Luego la dureza es : HB= FS= 2 F D D−D 2−d 2

Condiciones normales del ensayo:

• D = 10 mm• F = 3000 Kg• Tiempo de carga 15 segundos. ( El tiempo oscila entre 10 segundos y 3 minutos, cuanto más

duro es el material menos es el tiempo de aplicación de la carga).Resultado:

HB 5/ 750 / 20. ( bola de 5mm, carga de 750 Kg, y tiempo 20 segundos).

Limitaciones:

1. Carga a aplicar: Depende del material a probar y del diámetro del penetrador. P=K.D2 .

La K es una constante tabulada.

2. Relación del diámetro de la bola D4d D

2 donde d=0,375 . D

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BLOQUE 1.- MATERIALES.

Características del ensayo Brinell

• No es fiable en materiales muy duros y de poco espesor. • No es recomendable para piezas cilíndricas y esféricas.• No es recomendable para valores superiores a 500 HB, si la bola del penetrador no es de

carburo de volframio.• Debe cumplirse la relación del diámetro de la bola para que el error del ensayo por

deformación del material no sea muy grande.• Debe cumplirse la relación de la carga a aplicar• Algunos valores de resistencia a tracción y dureza están tabulados

• Se puede conocer el tipo de acero que se ensaya mediante la relación: %C= HB−80141

Ensayo Vickers

Para este ensayo el penetrador que utilizamos es una pirámide regular de base cuadrada, cuyas caras laterales forman un ángulo de 136º. Se recomienda utilizar este ensayo para durezas superiores a 500 HB

Desarrollo del procedimiento:

1. Comprimo una punta piramidal de base cuadrada y ángulo en el vértice de 136º entre las caras.

2. Conocemos la fuerza y el tiempo de presión.3. Medimos la huella en su diagonal “d”4. Como la pirámide deja sobre el material un área de

S=4.área de unacara=4. b2.a calculamos la

altura “a” como sigue: a=OS= OCsen68º

=b /2sen68º

, donde S=4. b2

b2. sen68º

= b2

sen68º5. Como la medida de ensayo es en función del

diámetro de la huella:

d 2=b2b2=2 b2⇒b2=12d 2

6. Luego el área: S= d 2

2 sen68º= d 2

1,854

7. Luego la dureza es : HB= FS=1,854 F

d 2

Resultado:

520 HV 30 / 15. ( 520 número de dureza Vickers, carga de 30 Kg, y tiempo 15 segundos).

Características del ensayo l

• Las cargas aplicadas son más pequeñas que el método Brinell (oscila entre 1 y 120 Kp), suele emplearse las cargas 1, 2, 3, 5, 10, 20, 30, 50, 100 y 120 Kp. La más empleada es de 30 Kp.

• El tiempo de aplicación es de 10 a 30 segundos, siendo 15 segundos lo más empleado.

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BLOQUE 1.- MATERIALES.

• Se utiliza tanto para materiales duros como blandos y puede aplicarse en piezas muy delgadas de (e=0,2mm).

• Puede medir dureza superficial por la poca profundidad de la huella.

Ensayo Knoop

Para medir microdurezas se emplea este método que se diferencia del anterior en que el penetrador piramidal es de base rómbica además las cargas que se aplican son muy pequeñas, del orden de gramos, produciéndose huellas con diagonales en relación 7/1, la diagonal mayor de la huella se mide con un microscopio siendo el mismo principio que lo rige. Se mide en HK.

Ensayo Rockwell

El método Brinell no permite medir la dureza de los aceros templados porque se deforman las bolas. Para evitar este hecho se utiliza la máquina de Rockwell, que se basa también en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados por una bola. No obstante, a diferencia del anterior, se determina la dureza en función de la profundidad de la huella y no de su superficie.

Realización de la prueba1. Aplicación de una carga inicial F0 de 10 Kp y marcar la huella h0.

2. Aplicar una carga adicional F1 que origina una huella máxima. (F1+F0).

3. Elimina la carga F1. Reacción elástica del material y hace que se eleve el penetrador una cierta cantidad quedando una huella permanente. F0 y hp.

4. El número que se lee sobre la escala del equipo después de retirar la carga F1 marca la dureza Rockwell correspondiente al valor de la profundidad de huella permanente e, siendo cada unidad de e de 2 micras o 0,002 mm

5. El penetrador consiste en una bola para materiales blandos, obteniéndose el grado de dureza Rockwell bola (HRB); o bien un cono de diamante de 120º para materiales duros resultando el grado de dureza Rockwell como HRC. Siendo HRC=100−e y HRB=130−e .

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BLOQUE 1.- MATERIALES.

Es un ensayo muy rápido y fácil de realizar, pero menos preciso que los anteriores. Es válido para materiales blandos y duros.

4.1.1.3.- Ensayos dinámicos:En comparación con los ensayos estudiados, presentan la ventaja de la rapidez,

comodidad y utilidad, ya que se pueden hacer en cualquier lugar por utilizar equipos portátiles. Por el contrario su desventaja es la menor fiabilidad.

Método Shore (HS)Se basa en la reacción elástica del material sometido a la

acción de un percusor que, después de chocar con la probeta a ensayar, rebota hasta una cierta altura. El número de dureza HS se deduce de la altura alcanzada en el rebote.

Características del ensayo• No es de gran precisión, pero es muy rápido.• El equipo es fácil de manejar, poco voluminoso y de coste

reducido.• Apenas produce deformación en la probeta (no deja huella).• Es muy apto para controlar grandes series al no dañar las

piezas ni eliminar posibles capas superficiales.• Por aproximaciones experimentadas pueden carcularse los valores de otras

durezas:• para fundiciones grises HS=5,25 HB• para aceros de contenido medio en carbono HS= 6,65 HB

• Al no producir deformaciones, permiten aplicarse a todo tipo de materiales

Método PoldiEs un método de impacto que consiste en lanzar una bola de

acero de 5 mm de diámetro sobre el material a medir , de manera que el impulso produzca una huella permanente , se calcula

midiendo la huella según la fórmula: H=S p

S. H p donde H, S

es relativo al material y Sp y Hp al patrón.

4.1.2.- Elasticidad, plasticidad, resistencia:Las acciones exteriores que pueden actuar sobre un cuerpo pueden ser de diversos tipos,

tracción, compresión, cizalladura, flexión, pandeo y torsión. Generalmente no suelen presentarse aislados sino como combinación de ambos.

Esfuerzo o Tensión

Esfuerzo o tensión son las fuerzas que aparecen en el interior de las piezas cuando están sometidas a cargas exteriores. Esto nos permite observar posibles comportamientos resistentes.

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BLOQUE 1.- MATERIALES.

= PS0

= Tensión unitaria (N/mm2)

P = Carga aplicada (N)

S0 = Sección inicial (mm2)

Deformación

Es la variación de dimensiones iniciales que sufre una pieza por efecto de las fuerzas aplicadas en su eje normal o tangencial. Después de su alargamiento su longitud aumenta.

A la deformación por unidad de longitud se denomina deformación unitaria.

= L0

=L−L0

= deformación unitaria (adimensional)

= alargamiento (mm)

L0 = longitud inicial (mm)

L = longitud final

4.1.2.1.- Ensayo de tracción, fluenciaConsiste en someter a una probeta de forma y dimensiones normalizadas a un sistema de fuerzas

exteriores (esfuerzo de tracción) en la dirección de su eje longitudinal , tienden a alargarse las fibras produciéndose deformaciones hasta romper la probeta.

La deformación puede ser elástica si el cuerpo deformado recupera las dimensiones iniciales al cesar la carga , o plástica si el cuerpo queda desformado permanentemente.

Máquinas de ensayo y probetas tipo

Existen dos tipos de probetas:

● Las probetas cilíndricas se utilizan en ensayos con materiales forjados, fundidos, barras y redondos laminados y planchas de espesor grueso.

● Las probetas prismáticas se emplean en planchas de espesores medios y pequeños.

Las probetas constan de una parte central calibrada, ensanchándose en sus extremos llamados cabezales, donde son sujetas por las mordazas de la máquina de tracción.

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Las máquinas de tracción son dispositivos mecánicos o hidráulicos que someten a las probetas a un esfuerzo o tensión de tracción creciente en todas las secciones transversales. Esto provoca un desplazamiento de las mordazas que sujetan la probeta, que comienza a alargarse, entonces la máquina detecta, cuantifica y relaciona las tensiones aplicadas y las deformaciones (alargamientos) producidos.

Estudio del diagrama esfuerzo-deformación

Los resultados del ensayo quedan reflejadas en un diagrama en el que los valores de deformación (alargamientos) producidos se representan en el eje de abscisas “ε” y las tensiones de tracción en el de ordenadas “σ” .

Se determinan 2 regiones:● Zona elástica (OE). Las deformaciones provocadas no son permanentes y el material

verifica la ley de Hooke. Dentro de la zona elástica distinguiremos dos zonas: Zona de proporcionalidad (OP). Observamos que se trata de una recta, por tanto,

existe una proporcionalidad entre las tensiones aplicadas y los alargamientos unitarios. Matemáticamente se cumple: =cte. .Es la zona donde deben trabajar los materiales.

Zona no proporcional (PE). El material se comporta de forma elástica, pero las deformaciones y tensiones no están relacionadas matemáticamente. No es una zona aconsejable para trabajar los materiales, ya que no podemos controlar la relación deformación-tensión aplicada, aunque el material es elástico

● Zona plástica (ES). Se ha rebasado la tensión del límite elástico σE, de tal forma que aunque dejemos de aplicar tensiones de tracción, el material ya no recupera su longitud original, es decir, su longitud será algo mayor que lo. Diremos que el material ha sufrido deformaciones permanentes. Dentro de la zona plástica distinguiremos otras dos zonas:

Zona límite de rotura (ER). Zona de comportamiento muy similar a la anterior, donde a pequeñas variaciones de tensión se producen grandes alargamientos. la diferencia con el anterior es que los materiales no tienen comportamiento elástico, ya que estamos en zona plástica y las deformaciones son permanentes. El límite de esta zona es el punto R, llamado límite de rotura, y a la tensión aplicada en dicho punto la denominaremos tensión de rotura. A partir de este punto el material se considera roto, aunque no se haya producido la fractura visual.

Zona de rotura (RS). Superado el punto R, aunque se mantenga constante o baje

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ligeramente la tensión aplicada, el material sigue alargándose progresivamente hasta que se produce la rotura física total en el punto S. La probeta previamente a la rotura sufre una contracción que se denomina estricción

e=A0−Au

A0.100

e= estricción en %

Au = Sección última

A0 = Sección inicial Este comportamiento de los materiales se puede generalizar. No obstante, existen algunas

excepciones entre las que se encuentra el acero, cuya gráfica del ensayo de tracción presenta una característica peculiar, y es la existencia de una zona localizada por encima del límite elástico, donde se produce un alargamiento muy rápido sin que varíe la tensión aplicada. Este fenómeno se conoce como fluencia, ya que el material fluye sin causa aparente. El punto donde comienza dicho fenómeno se llama límite de fluencia (F), y la tensión aplicada en dicho punto tensión de fluencia.

Termofluencia.- Si se aplica un esfuerzo a un material que está a temperatura elevada, dicho material puede estirarse y finalmente fallar, aún si el esfuerzo aplicado es menor que el de fluencia a tal temperatura. La deformación plástica a temperaturas altas es conocida como termofluencia. Los ensayos de termofluencia nos permiten determinar la vida esperada de un componente para una combinación particular de esfuerzo y temperatura.

Datos que se obtienen del ensayo

El ensayo nos permite calcular los valores siguientes partiendo de una probeta de sección A0

(mm2), longitud L0 (mm) y carga exterior variable P(N).:• Zonas elástica y plástica.• Límite de elasticidad e

• Límite proporcional p

• Tensión de fluencia. f

• Esfuerzo de rotura. r

• Módulo de elasticidad de Young tg= =

P /A0

/L0=

P. L0

A0 .=E Kg /mm2

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Ley de HookeEsta ley establece que , dentro de la zona elástica del material, la

elongación es proporcional al esfuerzo aplicado =E . El módulo de

Young E es, pues, el valor de la pendiente de la recta y expresa la resistencia del material a la deformación elástica. Cuanto mayor sea E, la pendiente será más aguda y el material será más rígido y por tanto más frágil.

4.1.2.2.- Ensayo de compresiónLos ensayos de compresión se realizan en la misma máquina de tracción.

Se estudian los esfuerzos sobre la misma base que la tracción pero cuando se presiona el material.

Estudia el comportamiento de un material al ser sometido a una carga progresiva de compresión o de aplastamiento. Todas las características de este ensayo son iguales a las anteriores pero con signo contrario. Así:

=−PS 0

Tensión unitaria

L=L−L00 Contracción total

= LL0

Contracción unitaria

S=S−S 00 Variación de la sección

En el diagrama de compresión se representan los aplastamientos – tensiones ejercidas, pero no quedan claros el límite de fluencia ni la carga de rotura. Cuando los

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aplastamientos son permanentes la sección empieza a aumentar. En los materiales plásticos (Cu, latón, hierro dulce..) no existe una verdadera carga de rotura por compresión porque se aplastan sin romperse y en los frágiles (como fundición, acero templado..) rompen sin deformarse previamente.

4.1.2.3.-Ensayo de flexiónConsiste en medir la flecha de la deformación de la probeta al someterla a una fuerza transversal

a su eje y en el centro de la misma, estando apoyada la muestra en los extremos. La máquina

empleada recibe el nombre de Amsler universal. La tensión de trabajo viene dada por , t=M f

W x,

siendo Mf el momento flector de la sección , es decir el producto de la fuerza por la distancia, y Wx el momento resistente de la viga que depende de su sección.

4.1.2.4.- Ensayo de torsiónEstos ensayos no están sujetos a normas pero son muy

útiles para probar la resistencia de ejes cuando se les aplica un momento torsor estando la muestra sujeta en un extremo y sometida a giro en el otro. Con un dispositivo se mide el giro en función de la fuerza aplicada.

4.1.2.5.- Ensayo de cizalladura o cortaduraEs el esfuerzo que soporta una pieza

cuando sobre ella actúan fuerzas contrarias que tienden a deslizar entre sí las secciones en que actúan.

= PA0

Esfuerzo de trabajoP = Tensión aplicadaA0 = Sección inicial de la probeta

4.1.2.6.- Ensayo de pandeoEs un esfuerzo combinado de flexión y compresión que se presenta en piezas sometidas a carga

axial, cuando su sección transversal es pequeña en relación a la altura o longitud. No se produce aplastamiento , la pieza se dobla lateralmente.

4.2.- Dinámicas:Cuando las cargas estáticas están sometidas a vibraciones, rozamientos, cambios de sentido,

choques,.., para ver como se comportan es necesario someterlos a ensayos mecánicos dinámicos. Los mas típicos son los de resiliencia (resistencia al choque) y el de fatiga.

4.2.1.- Tenacidad: De resistencia al choque

Ensayo CharpyLa finalidad de este ensayo dinámico por choque es la determinación de la energía absorbida

por una probeta de determinadas dimensiones, al provocar su ruptura de un solo golpe. Es muy importante para conocer el comportamiento del material destinado a la fabricación de ciertas piezas

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y órganos de máquinas, ya que han de estar sometidos a esfuerzos dinámicos.

Las probetas para el ensayo se encuentran normalizadas, y suelen tener 55 mm de longitud y una sección cuadrada de 10 mm de lado. En el punto medio de su longitud está entallada. La entrada puede ser de dos tipos, en forma de V y en forma de U.

La máquina más utilizada en el ensayo de resiliencia es el péndulo de Charpy. Consta de una base rígida con dos soportes verticales, unidos en la parte superior por un eje horizontal; dicho eje lleva acoplado un brazo giratorio, en cuyo extremo va situado un martillo en forma de disco, el cual golpea la probeta y produce la rotura.

Características del ensayo

• Se coloca la probeta en el lugar adecuado y se levanta el martillo hasta una altura inicial h0

respecto de la probeta y formando un ángulo .

• El martillo se deja caer para que por el choque rompa la probeta y llegue hasta una altura h1 formando un ángulo . El martillo consume parte de la energía en romper la probeta y el resto en alcanzar dicha altura h1.

• La energía será: W=P h0−h1=P. Lcos−cos donde P es el peso del péndulo (Kg) , L la longitud del péndulo (m) , W energía empleada en la rotura (Kg.m o J) y alfa y beta los ángulos formados por el péndulo.

• El valor de la resistencia o resiliencia del material en J/m2 se define como el trabajo o

energía empleada en la rotura por unidad de superficie de la probeta: =WA donde: W es

la variación de la energía potencial y A el área de la probeta en m2.

• El ensayo permite analizar si el material es frágil o tenaz, porque los tenaces absorben más energía en la rotura que los frágiles puesto que experimenta una gran deformación plástica antes de romperse, por tanto son más resistentes.

• Los péndulos de Charpy están normalizados y en la posición inicial disponen de una energía de 300 J y en el momento del impacto se mueve a unos 5 m/s.

• El péndulo golpea en la parte opuesta de la entalla.

• Las condiciones de este ensayo dinámico son distintas a los estáticos, esto hace que algunos materiales se comporten de diferente modo en cada caso y presenten una rotura dúctil en el ensayo de tracción y una frágil en este ensayo . Además en muchos metales existe un intervalo de temperaturas conocido como zona de transición , en

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que al disminuir la temperatura se produce una disminución considerable de la resiliencia.. Por esto algunos metales a temperatura baja son frágiles, por esto deben estar alejados de la zona de transición.

• Zona de transición es la zona donde un material pasa de dúctil a frágil por efecto de temperatura.

Ensayo IzodA diferencia del anterior, el martillo penetrador es de mayor peso y las probetas van sujetas por

un extremo.

4.2.2.- Resistencia:

Ensayo de desgasteSe mide mediante un láser que evalúa la rugosidad en la base de los materiales y la gráfica de

forma automatizada.

Ensayo de fatigaCuando determinadas piezas están sometidas a esfuerzos variables en magnitud y sentido que

se repiten con cierta frecuencia, se pueden romper con cargas inferiores a las de rotura, trabajando incluso por debajo del límite elástico, siempre que actúen durante un tiempo suficiente. A este fenómeno se le conoce con el nombre de fatiga.

Con el ensayo de fatiga se somete a las piezas en tiempo a soportar las condiciones de trabajo real. Wöhler fue el pionero en dicho estudio, dándose cuenta de que las piezas metálicas podían romperse con esfuerzos inferiores incluso a los del límite elástico si el esfuerzo se repite un número de veces y que este número de veces no es la consecuencia de la rotura de la pieza siempre y cuando el esfuerzo máximo y mínimo que soporte la pieza está en un rango determinado llamado límite de fatiga. Para conocer la influencia del número de ciclos hasta la rotura frente a la tensión se utiliza la curva de Wöhler.

Límite de fatiga es el máximo valor de tensión a que podemos someter un material sin romperse, independientemente del número de veces que se repita la acción.

Los esfuerzos que producen fatiga son tracción, compresión, torsión, flexión y la combinación de ambos. La rotura por fatiga comienza en un defecto donde por una tensión se origina una fisura que es capaz de propagarse. En toda rotura pueden distinguirse tres periodos: incubación (se produce una la deformación plástica que genera una fisura y si no la generase no sería perjudicial), fisuración progresiva o daño (la grieta se propaga por acción de los esfuerzos a los que está sometida) y rotura.

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4.3.- Tecnológicos:Son ensayos con menor rigor que los mecánicos pero que determinan de forma aproximada y

rápida las cualidades de un material.

4.3.1.- Ensayo de la chispaPermite conocer las características de composición de un acero, analizando el haz de chispas

producidas por la acción de una muela de esmeril sobre la probeta, se forman chispas de color y brillo distintas según la naturaleza del material.

4.3.2.- Ensayo de plegado o dobladoSirve para estudiar las características de plasticidad de los materiales metálicos. Para ello, se

doblan las probetas en condiciones normalizadas, y se observa si aparecen grietas en la parte exterior de la curva, donde los esfuerzos de tracción son elevados.

El ensayo se puede realizar en frío y en caliente según condiciones normalizadas. Las probetas son prismáticas, de sección rectangular, pulidas, y la cara de tracción tiene las aristas redondeadas. El ensayo se puede llevar a cabo de tal forma que las caras de la probeta queden , en contacto, paralelas, a una distancia determinada y formando un ángulo.

4.3.3.- Ensayo de forjadoLas pruebas de forja tienen por objeto conocer las condiciones de un metal para ser trabajado

plásticamente. Los más utilizados son:

● Platinado: consiste en ensanchar a golpes una pletina puesto a temperatura de forja hasta que aparecen grietas en las aristas.

● Mandrilado: consiste en determinar la capacidad de perforación de las láminas, empleando un punzón tronco cónico hasta la aparición de grietas.

● Recalcado; consiste acortar probetas de longitud doble a diámetro a base de golpes hasta que aparecen grietas.

4.3.4.- Ensayo de punzonamiento o de embuticiónSe realiza de forma parecida al ensayo de corte pero la muestra descansa sobre una matriz y se

emplea un punzón de diámetro menor que la matriz. Se emplea en la recepción de materiales empleados en uniones roblonadas.

4.3.4.- Ensayo de corteCon este ensayo se determina el comportamiento del material sometido a esfuerzo cortante,

progresivamente creciente, hasta conseguir la rotura; a este ensayo se someten las chavetas,

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BLOQUE 1.- MATERIALES.

remaches, tornillo, pernos, etc.

5.- Ensayos no destructivos (END)

5.1.-Ensayos de composición

5.1.1.- Métodos cualitativos y semicuantitativos

5.1.1.1.- Ensayo de gota

Es un procedimiento de análisis químico que por la acción de ácidos, disolventes y de ciertas reacciones se determina cualitativamente la composición del material.

5.1.1.2.- Ensayo por líquidos penetrantes

Se emplea para ver discontinuidades en las superficies mediante un líquido indicador que penetra en ellas.

5.1.1.3.- Espectroscopía rápida

Determina de forma cuantitativa los elementos que componen el material, emitiendo radiaciones con frecuencias características del espectro electromagnético.

5.1.1.4.- Ensayos estructurales

5.1.1.4.1.- Ensayos microgáficos de análisis de constitución

Este proceso consiste en determinar la estructura micrográfica de un material metálico. Comprende las siguientes operaciones: toma de muestras; desbaste con lijas de distinto gramaje; pulido con pasta de esmeril con paño, ataque micrográfico con reactivo y observación al microscopio óptico o electrónico.

5.1.1.4.2.- Ensayos macroscópicos

Permite observar los defectos superficiales como fisuras y grietas a simple vista o como máximo a unos 15 aumentos.

5.1.1.5.- Comprobación magnética

Acercando un imán fácilmente se distinguen las propiedades ferromagnéticas de un material. De forma mas rigurosa se observan los defectos con un magnetoscopio y la disposición de las lineas de fuerza que se crean al pasar un campo por una pieza .

5.1.1.6.- Ensayos eléctricos

Están basados en las alteraciones que sufren las características eléctricas de un material debido a impurezas, poros , grietas o discontinuidades y así observar como varía su resistencia y resistividad.

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5.1.2.- Técnicas de análisis químicos

5.1.2.1.- Espectrofotómetros de absorción. Análisis fotocolorímetro

Existen gran número de instrumentos para medir la absorción en regiones ultravioletas y visible. Los más sencillos son los colorímetros en los que el ojo humano actúa como transductor. Como en las piscinas el control del PH y de las concentraciones de Cloro y Boro.

El espectrofotómetro de Beckman se miden intensidades luminosas al hacer un barrido de frecuencia (colores) con ayuda de una célula fotoeléctrica y un galvanómetro, en función de los que refleje se puede descubrir el tipo y cantidad de material que contiene la muestra.

5.1.2.2.- Espectrofotómetros de emisión

Los elementos químicos bajo adecuadas condiciones de excitación emiten radiaciones de longitudes de onda características. El análisis de emisión de radiación emplea el hecho de que existe proporcionalidad entre la potencia de la radiación emitida a una determinada longitud de onda y la concentración del elemento en la muestra. El procedimiento más común es hacer pasar una fuerte descarga entre la muestra y un electrodo que no contenga los elementos que vas a analizar.

5.2.- De estructuras cristalinas:

5.2.1.- De rayos “x”Son vibraciones electromagnéticas invisibles que se propagan a la velocidad de la luz, pero con

una longitud de onda muy corta, con una capacidad de penetración mayor cuanto menor es su longitud de onda. Los rayos penetran en el material y llegan a la placa fotográfica que está debajo del material con distinta intensidad dependiendo de si hay o no defectos. Además cada material, para una potencia concreta, genera un espectro discontinuo dentro del rango de rayos “x” que es característico y de esta manera se puede descubrir el material del que se trata.

5.2.2.- De rayos gammaLos rayos gamma son radiaciones electromagnéticas similares a los rayos X , pero con una

longitud de onde extraordinariamente corta , mucho más penetrante que las anteriores y se pueden usar para materiales de mayor espesor pero con mayor peligro por los isótopos radiactivos que se utilizan.

5.2.3.- De ultrasonidosUtilizan la propagación del sonido tanto en líquidos como en sólidos, las ondas vibratorias se

transmiten a través de un medio elástico pero no en el vacío y se denominan ultrasonidos porque no son perceptibles por el oído humano y su frecuencia es superior a 20000 Hz.

Para detectar los ultrasonidos se usan unos palpadores que generan y reciben ondas puesto que disponen de un piezoeléctrico que tiene la propiedad de deformarse al recibir una presión mecánica externa produciendo un voltaje eléctrico en sus caras y a la inversa.

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