Qué Es Un Ensayo.docx

QUÉ ES UN ENSAYO El ensayo de dureza permite determinar la resistencia que ofrece un material a ser rayado o penetrado por una pieza de otro material distinto. La dureza depende de la elasticidad del material y de su estructura cristalina. Particularmente, en los metales puros la dureza aumenta proporcionalmente a la cohesión y número de átomos por unidad de volumen. En las aleaciones la dureza aumenta con los tratamientos térmicos o con el endurecimiento por deformación. La dureza está ligada al comportamiento de un material frente a la abrasión o desgaste y la

facilidad

con

que

puede

ser sometido

a

mecanizado. Para determinar la dureza pueden hacerse ensayos que miden la resistencia al rayado o a la penetración.

CÓMO PODEMOS CLASIFICAR LOS ENSAYOS 1.- Ensayos de dureza al rayado 

Escala de Mohs Es el método más antiguo para medir la dureza, y aún se usa en Mineralogía. Fue establecido en 1820 por el alemán Friedrich Mohs. En la escala de Mohs se compara el material que se pretende analizar con 10 minerales tomados como patrones, numerados del 1 al 10 en orden creciente de dureza.

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Dureza Martens En el ensayo de Martens se emplea un cono de diamante con el que se raya la superficie del material cuya dureza se quiere medir. La dureza en este ensayo es inverso de la anchura de la raya obtenida cuando se aprieta con una fuerza determinada y constante al cono de diamante contra la superficie del material. Se utiliza el valor inverso de la anchura de la raya para que a los materiales más duros les corresponda una dureza mayor.

2.- Ensayos de dureza a la penetración En estos ensayos se mide la resistencia de un material al ser penetrado por una pieza de otro material, denominado penetrador, el cual se empuja con una fuerza controlada y durante un tiempo fijo contra la superficie del material cuya dureza se desea calcular. La velocidad de aplicación de la carga debe ser lenta para que no ejerza influencia en la medida. El valor de la dureza se obtiene dividiendo la fuerza aplicada al penetrador entre la superficie de la huella que deja en el material. 

Ensayo Brinell Fue ideado en los años 1900 por el ingeniero sueco Johann August Brinell. El penetrador es una esfera de acero templado, de gran dureza, que oscila entre 1 y 10 mm, a la que se le aplica una carga preestablecida de entre 3000 y 1.25 kp durante 15 segundos. La dureza se calcula dividiendo el valor de la fuerza aplicada al penetrador entre la superficie de la huella que produce en el material.

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Ensayo Vickers Se utiliza como penetrador un diamante tallado en forma de pirámide cuadrangular con un ángulo de 136° entre dos caras opuestas. La dureza Vickers se calcula dividiendo la fuerza con la que se aprieta el penetrador entre el área de la huella que deja.

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Ensayo Rockwell Debido a su rapidez de medida y al pequeño tamaño de las huellas que ocasiona, es el ensayo más utilizado. Sin embargo, su exactitud es menor. Se mide la profundidad de la huella.

DESCRIBA LOS TIPOS DE ENSAYOS DESTRUCTIVOS Se entiende por ensayos mecánicos, aquellos que pretenden medir la capacidad de un material para soportar esfuerzos de diferente tipo. Estáticos: dureza, tracción, compresión, cizallamiento, pandeo, torsión, flexión Destructivos Dinámicos: de resistencia al choque y fatiga Tecnológicos: De chispa, de plegado, de embutición, de forja

Para los ensayos destructivos, suele usarse una probeta construida con el material que se desea ensayar y que servirá para una sola aplicación. Una probeta es una porción del material a ensayar con una forma y unas dimensiones determinadas que se encuentran normalizadas estas probetas y/o especímenes sufren cambios irreversibles como producto de la prueba. Las probetas se usan una vez y se descartan. En muchos casos, las probetas deben ser maquinadas y modificadas para adecuarse a estándares antes de la prueba en sí. El uso de un material depende de ciertas propiedades características que varios ensayos destructivos han demostrado que posee. Ensayos destructivos: 1. Ensayo en uniformidad en la soldadura. 1.1. Ensayo de rotura sobre piezas con entallas. 1.2. Ensayo de plegado libre. 1.3. Ensayo de plegado guiado. 2. Ensayo de tracción. 2.1. Alargamiento y elongación. 2.2. Dureza. 2.3. Valores de impacto. 3. Ensayo de chispa. 4. Ensayo de rotura. 5. Ensayo de compresión. 6. Ensayo de corte o de cortadura. 7. Ensayo de plegado. 8. Ensayo de doblez. 9. Ensayo de flexión al choque en pieza entallada. 10. Ensayo de chapas. 11. Ensayo de embutición según erichsen. 12. Ensayo de doblado de uno a otro lado. 13. Ensayo de fatiga. 14. Ensayo de dureza. 14.1. Ensayo de dureza según brinell. 14.2. Ensayo de dureza según vickers. 14.3. Ensayo de dureza según rockell.

14.3.1. Ensayo según hrc. 14.3.2. Ensayo según hrb

DESCRIBA LOS TIPOS DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Macroscópicos, magnéticos, eléctricos, ultrasónicos, con rayos x, etc. Sin embargo, no existe ninguna seguridad de que la pieza utilizada sea igual a las ensayadas, en lo que respecta a las propiedades mecánicas y a la ausencia de defectos. Los Ensayos No Destructivos, también conocidos como END o NDT (Non Destrucción Test) es una forma de ensayo de materiales y estructuras sin causar ningún daño a la pieza a inspeccionar. Los ensayos no destructivos se realizan tanto en los departamentos de Investigación y Desarrollo (I+D), como en la propia fábrica o durante el servicio activo de la pieza. Los tipos de ensayo no destructivos que se pueden realizan se clasifican atendiendo a la siguiente lista, la cual nos proporciona el tipo de defectos a localizar, y las ventajas y desventajas de cada una de las opciones. Algunas Aplicaciones de los END: Detección y evalución de Grietas. 

Detección de Fugas.

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Determinación de Posición.

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Medidas Dimensionales.

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Caracterización de Estructura y Microestructura.

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Estimación de Propiedades mecánicas y Físicas.

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Medidas de Deformación.

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Determinación de Composición Química.

DIFERENCIA ENTRE ENSAYO ROCKWELL C Y ROCKWELL B El ensayo de dureza de Rockwell se realiza de forma bastante similar al de Brinell. Se aplica presión sobre una muestra de trabajo con una pieza con punta de acero o de diamante esférica. Al indentador y a la carga utilizada para las mediciones se les asigna una letra (A o B, por ejemplo). Las distintas muestras se miden con distintas escalas. El aluminio se mide usando la escala

B, que va del 0 al 110. La dureza del aluminio es aproximadamente de 68B en la escala de Rockwell. Escala B: Como señalamos, la carga inicial es siempre 10 kgf sin importar la escala utilizada y tiene como objeto establecer un nivel de partida uniforme, despreciando cualquier irregularidad en la superficie del material. Este paso se realiza a través de un resorte calibrado en el cabezal de la máquina que se alcanza cuando la aguja indicadora dio dos vueltas en el dial de la misma. La lectura debe efectuarse en los números de color rojo, cuando se utiliza bolilla de acero como penetrador y en los números de color negro cuando se utiliza cono de diamante. Escala C: es dependiente de la escala, la carga y el penetrador utilizados.

CARACTERÍSTICAS DEL MÉTODO BRINELL En la medición se emplean fuerzas de: 187,5; 250; 750; 1000 o 3000 kgf. Existen tablas donde aparecen los valores de las durezas, en función del diámetro de la huella, las cargas aplicadas y el diámetro de la bola. Tanto el diámetro de la esfera a utilizar para el ensayo, como la carga a aplicar, se determinan en dependencia de la naturaleza del material a partir de tablas. El espesor de la muestra que se ensaya, debe ser 10 veces mayor que la profundidad que pueda dejar la huella.

Si después que se tiene la huella, los lados o la parte inferior de la muestra se deforman, el ensayo no es válido, teniendo que repetirse con una esfera menor. Los diámetros de las huellas que se obtengan deben encontrarse entre los límites: 0,2D < d < 0,6 D. Existen diversos tipos de equipos ideales para realizar el ensayo de dureza de brinelladecuadamente, y comúnmente se les denomina “durómetros”. Se clasifican según el método de la aplicación de la carga, la cual puede ser: presión de aceite, pesas con palanca o tornillo propulsado por engranajes. De igual forma, se pueden separar según el método para operar, ya sea con fuerza manual o motriz. También, a través de la medición de la carga, que incluye calibrador bourdon, pesas con palanca, pistón con pesas y dinamómetros, que pueden variar sus dimensiones. Otras formas de practicar el ensayo de dureza Brinell, contemplan manejar un equipo universal, al cual se le colocará un adaptador, que sujete correctamente la bola. Puede resultar conveniente obtener el valor de dureza a partir de la penetración h mediada durante el ensayo y luego comparar este valor con el que resulta de las mediciones de d. En caso que los resultados sean muy disímiles, el operador deberá decidir acerca de cual método es el que el arroja el resultado más exacto, en base a su experiencia y al conocimiento del equipamiento utilizado.

Algunos

durómetros

modernos

están

dotados

de

sistemas

electrónicos encargados de producir la identación y determinar el valor de dureza automáticamente. Estos sistemas proveen el valor de dureza en forma directa, sin necesidad de realizar mediciones ni utilizar tablas. La determinación automática de la dureza se puede hacer de dos maneras: a través de sensores electrónicos que miden directamente la profundidad de penetración h, o bien mediante la determinación de las dimensiones de la huella a través de un microscopio de 20X o 40X incorporado en el aparato. Estos sistemas automáticos permiten ciclos de medición muy rápidos, lo que los hace aptos para formar parte de una línea de producción en la que se requiere medir dureza en un alto número de piezas.

CARACTERÍSTICAS DEL MÉTODO ROCKWELL El ensayo Rockwell es quizás el método más extendido, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es un modelo de ensayo apto para ser empleado en todo tipo de materiales. Este método de cálculo de la dureza se basa también en la medición de la profundidad de penetración de una determinada herramienta (indentador) en el material bajo la acción de una carga prefijada. Se suele considerar también un ensayo no destructivo, por el pequeño tamaño de la huella que deja sobre la superficie del material ensayado. El número de la dureza Rockwell (HR) se mide en unidades convencionales y es igual al tamaño de la penetración sobre cargas determinadas. En el ensayo Rockwell, como herramienta indentadora se va a emplear un tipo u otro en función de la dureza del material a ensayar, debiéndose consultar las correspondientes tablas Rockwell para su elección, según el caso. De manera genérica, se tendrá que: • Para materiales duros (HB>200): se empleará como indentador un diamante en forma de cono de 120º de punta redondeada y radio de 0,2 - 0,01 mm. • Para materiales blandos (HB<200): se empleará como indentador una bola de acero templado de 1/8" y 1/16", y también de 1/2" y ¼".

CARACTERÍSTICAS DEL MÉTODO VICKERS Como ya se ha indicado, el ensayo de dureza Vickers se recomienda para materiales con durezas superiores a 500 HB. Los ensayos Brinell y Vickers proporcionan resultados muy parecidos hasta un valor de 300 HB. A partir de los 300 HB la deformación de la bola puede falsear los resultados obtenidos

mediante el ensayo Brinell, por lo que se recomienda usar el ensayo Vickers a partir de los 300 HB. El ensayo de dureza Vickers tiene ciertas ventajas frente a otros métodos de ensayo para calcular la dureza, como son: • En el ensayo Vickers los espesores de los materiales ensayados pueden ser mucho más pequeños que los del ensayo Brinell (hasta 0,2 mm). • Se puede utilizar el ensayo Vickers en materiales con superficies cilíndricas o esféricas. • El ensayo Vickers se puede utilizar tanto para materiales muy duros como en materiales blandos. • El ensayo Vickers es el ensayo más sensible para realizar el cálculo de la dureza de los materiales.

GRAFIQUE LA TABLA DE DUREZAS: BRINELL, ROCKWELL, VICKERS. En la siguiente figura se representa esquemáticamente la secuencia de un ensayo de dureza Rockwell:

EJEMPLO DE APLICACIÓN DE CADA UNO DE ESTOS TIPOS DE ENSAYOS

RUGOSIDAD SUPERFICIAL Aunque durante mucho tiempo la medición de la rugosidad no fue considerada como una rama de la metrología, en la actualidad es un requerimiento importante debido al reconocimiento creciente de la importancia y necesidad de esta medición. Una superficie perfecta es una abstracción matemática, ya que cualquier superficie real, por perfecta que parezca, presentará irregularidades

que se

originan durante el proceso de fabricación. Las irregularidades mayores (macrogeométricas) son errores de forma, asociados con la variación en tamaño de una pieza, paralelismo entre superficies y planitud de una superficie o conicidad, redondez y cilindricidad, y que pueden medirse con instrumentos convencionales.

Las irregularidades menores

(microgeométricas) son la ondulación y

la rugosidad. La primera pueden ocasionarla la flexión de la pieza durante el maquinado, falta de homogeneidad del material, libración de esfuerzos residuales, deformaciones por tratamiento térmico, vibraciones, etcétera; la segunda la provoca

el elemento utilizado para realizar el maquinado, por

ejemplo, la herramienta de corte o la piedra de rectificado. Los errores superficiales mencionados se presentan simultáneamente sobre una superficie, lo que dificulta la medición individual de cada uno de ellos. La rugosidad (que es la huella digital de una pieza) son irregularidades provocadas por la herramienta de corte o elemento utilizado en su proceso de producción, corte, arranque y fatiga superficial. El acabado superficial de los cuerpos puede presentar errores de forma macrogeométricos y microgeométricos. La rugosidad superficial es el conjunto de irregularidades de la superficie real, definidas convencionalmente en una sección donde los errores de forma y las ondulaciones han sido eliminados.

Superficie real: Superficie que limita el cuerpo y lo separa del

medio que lo

separa. Superficie geométrica: Superficie ideal cuya forma está especificada por el dibujo y/o todo documento técnico. Superficie de referencia: Superficie a partir de la cual se determinan los parámetros de rugosidad. Tiene la forma de la superficie geométrica. Se puede calcular por el método de mínimos cuadrados. Perfil real: es la intersección de la superficie real con un plano normal.

La rugosidad de la superficie se determina considerando la longitud de onda del radar y el ángulo de incidencia. Una superficie aparecerá ser lisa si sus variaciones de la altura son más pequeñas que 1/8 de la longitud de onda del radar. En términos del uso de una determinada longitud de onda, una superficie aparece más lisa mientras la longitud de onda y el ángulo de incidencia aumenta. En imágenes generadas por radares, las superficies ásperas aparecerán más brillantes que superficies más lisas del mismo material. La aspereza superficial influencia la reflectividad de la energía de la microonda. Las superficies lisas horizontales que reflejan casi toda la energía de la incidencia lejos del radar se llaman los reflectores especulares, ejemplos de estas superficies, son el agua tranquila o caminos pavimentados que aparecen oscuras en las imágenes de radar. En cambio las superficies ásperas dispersan la energía de la microonda incidente en muchas direcciones, esto se conoce como reflexión difusa. Las superficies vegetales causan reflexión difusa y generan imágenes con un tono más brillante.

Características Promedio de rugosidad: El valor promedio de rugosidad en µm es el valor promedio aritmético de los valores absolutos de las distancias del perfil de rugosidad de la línea intermedia de la longitud de medición. El valor promedio de rugosidad es idéntico a la altura de un rectángulo donde su longitud es igual a la longitud total lm y esto a su vez es idéntico con la superficie de la suma que existe entre el perfil de rugosidad y la línea intermedia. Rz: Promedio de la profundidad

de

la rugosidad

en

µm

(promedio

aritmético

de

cinco

profundidades singulares consecutivas en la longitud de medición). Los rugosímetros sirven para detectar de forma rápida las profundidades de la rugosidad en las superficies de materiales. Los rugosímetros le indican en µm la profundidad de la rugosidad Rz y el promedio de rugosidad Ra. Tenemos disponibles equipos con un máximo de trece parámetros de medida. Son aplicables las siguientes normativas en la comprobación de rugosidad en las superficies delas piezas de trabajo: DIN 4762, DIN 4768, DIN 4771, DIN 4775. La rugosidad alcanzable de las superficies las puede ver en DIN 4766±1. Los

rugosímetros se envían calibrados (pero sin certificado). Opcionalmente puede obtener para los rugosímetros una calibración de laboratorio, incluido el certificado ISO. Así podrá integrar sus medidores en su control de calidad ISO y calibrarlos anualmente (a través de PCE o cualquier laboratorio acreditado).

Rugosidad obtenida: El costo de una superficie maquinada crece cuando se desea un mejor acabado superficial, razón por la cual el diseñador deberá indicar claramente cual es el valor de rugosidad deseado, ya que no siempre un buen acabado superficial redundará en un mejor funcionamiento de la pieza, como sucede cuando desea lubricación eficiente y por tanto una capa de aceite debe mantenerse sobre la superficie. En el pasado el mejor método práctico para decidir si un acabado superficial cumplía con los requerimientos era comparado visualmente y mediante el tacto contra muestras con diferentes acabados superficiales .Este método no debe confundirse con los patrones de rugosidad que actualmente se usan en la calibración de rugosimetros.

Tipos de medición de rugosidad Los sistemas más utilizados son el de rugosidad Ra, rugosidad Rx, rugosidad Ry y rugosidad Rz. Los más usuales son Ra. Rz, Ry. Ra Los valores absolutos de los alejamientos del perfil desde la línea central. La altura de un rectángulo de longitud lm, cuya área, es igual a la suma de las áreas delimitadas por el perfil de rugosidad y la línea central Rz. Promedio de las alturas de pico a valles. La diferencia entre el promedio de las alturas delos cinco picos más altos y la altura promedio de los cinco valles más profundos Ry. La máxima altura del perfil. La distancia entre las líneas del perfil de picos y valles.

Medida de rugosidad: Comparadores visotáctiles. Elementos para evaluar el acabado superficial de piezas por comparación visual y táctil con superficies de diferentes acabados obtenidas por el mismo proceso de fabricación.

Rugosímetro de palpador mecánico: Instrumento para la medida de la calidad superficial pasado en la amplificación eléctrica dela señal generada por un palpador que traduce las irregularidades del perfil de la sección dela pieza. Sus elementos principales son el palpador, el mecanismo de soporte y arrastre de éste, el amplificador electrónico, un calculador y un registrador.

Rugosímetro: Palpador inductivo. El desplazamiento de la aguja al describir las irregularidades del perfil modifica la longitud del entrehierro del circuito magnético, y con ello el flujo de campo magnético que lo atraviesa, generando una señal eléctrica.

Rugosímetro: Palpador capacitivo. El desplazamiento vertical del palpador aproxima las dos láminas de un condensador, modificando su capacidad y con ella la señal eléctrica.

Rugosímetro: Palpador piezoeléctrico: El desplazamiento de la aguja del palpador de forma elásticamente un material piezoeléctrico, que responde a dicha deformación generando una señal eléctrica.

Rugosímetro: Patín mecánico: El patín describirá las ondulaciones de la superficie mientras la aguja recorra los picos y valles del perfil. Así se separan mecánicamente ondulación y rugosidad que son simplemente desviaciones respecto de la superficie geométrica con distinta longitud de onda.

Rugosímetro: Filtrado eléctrico: La señal eléctrica procedente del palpador puede pasar a un filtro para eliminar las ondulaciones, esto es, disminuir la amplitud de sus componentes a partir de una longitud de onda ᵞ´, (longitud de onda de corte).

Actualmente los rugosímetros permiten calcular y tratar numerosos parámetros de rugosidad, compensar la forma de la pieza o programar la medida.