Pruebas Mecanicas

PRUEBAS MECANICAS

Ing. René SA- Lopez Barreiro

INTRODUCCION PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LOS METALES A) COHESION: ES LA RESISTENCIA QUE OPONEN LOS ATOMOS A SEPARARSE UNOS DE OTROS. B) ELASTICIDAD: ES LA CAPACIDAD QUE TIENEN LOS MATERIALES DE RECUPERAR SU FORMA ORIGINAL, CUANDO CESA LA CAUSA QUE LOS DEFORMA. C) PLASTICIDAD: ES LA CAPACIDAD QUE TIENEN LOS MATERIALES DE SUFRIR DEFORMACIONES PERMANENTES SIN QUE SE FRACTUREN.

PRUEBAS MECANICAS PRINCIPALES

A) ENSAYO DE TENSION B) ENSAYO DE DUREZA C) ENSAYO DE DOBLEZ D) ENSAYO DE IMPACTO

ENSAYO DE TENSION Consiste en estirar una muestra (probeta) maquinada bajo ciertos requerimientos a una velocidad de deformación constante hasta su rotura; midiéndose como una variable dependiente, la carga necesaria para producir una deformación de la probeta. Con los resultados obtenidos se puede graficar una curva de carga contra elongación que generalmente se registra como valores de esfuerzo y deformación unitarios.

ENSAYO DE TENSION

ENSAYO DE TENSION

ENSAYO DE TENSION A) LIMITE ELASTICO: Es el punto máximo hasta donde el material a ensayar presenta un comportamiento elástico. σ=Eξ

σ: Esfuerzo ξ: Deformación E: Modulo de Young ó de Elasticidad

B) PUNTO DE CEDENCIA O FLUENCIA: Es el punto donde el material sufre una deformación sin que se incremente el esfuerzo.

ENSAYO DE TENSION C) RESITENCIA DE CEDENCIA O FLUENCIA: Convencionalmente se ha definido como el esfuerzo donde el material exhibe una desviación especifica de la proporcionalidad entre el esfuerzo y la elongación. a) 0.2% OFFSET (deformación permanente especificada) b) 0.5% de extensión bajo carga

ENSAYO DE TENSION

ENSAYO DE TENSION D) RESISTENCIA MECANICA: Corresponde a la carga máxima que puede soportar un material antes de romperse.

RT =

L.E. =

C arg a Máxima Area Inicial

=

C arg a de Cedencia Area Inicial

Pmáx Ao

=

Pced Ao

ENSAYO DE TENSION % Elongación =

lf

% Re d . Area =

Ao

−

lo −

Ao

lo

x 100

Af

x 100

ENSAYO DE DUREZA DUREZA: ES LA RESISTENCIA QUE OPONE UN MATERIAL A SER RAYADO O PENETRADO POR OTRO.

BRINELL DUREZA

ROCKWELL VICKERS

VICKERS MICRODUREZA

KNOOP

ENSAYO DE DUREZA A) METODO BRINELL • Fue ideado en 1900 por el sueco Johan August Brinnell. • Como pentrador utiliza un balín de acero o carburo de tungsteno de 10 mm de diámetro. • Las cargas que emplea normalmente son de 3000 kg para materiales ferrosos y 500 kg para materiales noferrosos. • Normalmente la huella es grande; por lo que se aplica en piezas de gran tamaño y espesor, e invariablemente, es el metódo de ensayo para fundiciones de hierro • No se recomienda para durezas mayores de 627 HB y el uso del balín está limitado a una dureza de 444 HB.

ENSAYO DE DUREZA HB =

P (π D )( D − D 2 − d 2 ) 2

P: Carga, kg D: Diámetro de balín, mm d: Diámetro de la impresión, mm HB HB 10/500/30

ESTANDAR

ENSAYO DE DUREZA

• Como regla general el espesor de la muestra a ensayar será como mínimo 10 veces la profundidad de la huella. • Se recomienda que el diámetro de la huella sea entre el 24 y 60% del diámetro del balín. • La distancia del centro de la huella al borde de la probeta o al borde de otra huella sea al menos 2 ½ veces el diá diámetro de la huella.

ENSAYO DE DUREZA B) METODO VICKERS • Se deriva directamente del método Brinell y fue introducido en 1925. • Como penetrador utiliza una punta de diamante de base cuadarada con un ángulo en el vertice entre caras de 136°. • Las cargas varían de 1 a 120 Kg (dureza) y de 1 a 1000g (microdureza). • El tiempo en el que se mantiene la carga es de 10 a 15 seg. • Se pueden probar láminas delgadas y templadas con espesores mínimos de 0.2 mm. • Se puede balancear el tamaño de la impresión con la carga.

ENSAYO DE DUREZA 2 P sen (α ) 2 HV = d2

P HV = 1.8544 2 d P: Carga, kg. α: Angulo de la cara del diamante (136°). d: Promedio de las diagonales de la huella (mm).

ENSAYO DE DUREZA B) METODO KNOOP • Es un método exclusivo de microdureza. • Como penetrador utiliza una punta de diamante de base rómbica y las cargas varían de 1 a 1200 g. • Las huellas rómbicas de la prueba guardan una relación en sus diagonales de 7:1 y la profundidad es de sólo 1/30 de la diagonal mayor. • El método es de laboratorio y de uso principal en investigación. • Puede utilizarse para probar capas endurecidas (gradientes de dureza), bandeamiento de microconstituyentes, hojas delgadas de material, recubrimientos, etc.

ENSAYO DE DUREZA

P HK = 2 0.07028 d

P: Carga, kg. d: Diagonal mayor, mm.

ENSAYO DE DUREZA D) METODO ROCKWELL • Es el de mayor uso y se dio a conocer en 1924. • A diferencia de los métodos anteriores, la dureza no se basa en las dimensiones de las huellas, sino en su profundidad. • Los penteradores que utiliza este método son una punta cónica de diamante y balines de acero de 1/16, 1/8, 1/4 y 1/ pulg. 2 • Las cargas son diversas, lo cual en combinación con los diversos penetradores, da lugar a una gama amplia de escalas. • El ensayo es rápido porque proporciona lecturas directas y elimina posibles errores en las mediciones de las huellas.

ENSAYO DE DUREZA D) METODO ROCKWELL NORMAL: A,B,C,D,E (cargas 60, 100 y 150 kg) TIPOS DE DUREZA

SUPERFICIAL: 15T,30N, 45W (cargas de 15, 30 y 45 kg)

• Existen en total 30 escalas de dureza (15 normal y 15 superficial), pero las más utilizadas son las “B” y “C”. • La escala “B” utiliza un penetrador de balín de 1/16” de diámetro y una carga de 100 kg; mientras que la “C” emplea la punta cónica de diamante y una carga de 150 kg. B: Aceros blandos y la mayoría de metales no-ferrosos. C: Aceros endurecidos y aleaciones duras.

ENSAYO DE DUREZA D) METODO ROCKWELL • Las cargas se aplican en dos tiempos; esto es primero, se deja actuar una precarga de 10 kg (dureza normal) ó 3 kg (dureza superficial) y después se aplica el resto de la carga que corresponda a la escala utilizada. • La denominación de la dureza Rockwell se realiza como HR seguida de la denominación de la escala utilizada. HRC, HR30N. • Se recomienda que el espesor de la pieza a ensayar sea 10 veces la profundidad del penetrador de diamante y 15 veces, en el caso, de utilizar balines. La distancia entre el centro de dos huellas debe ser como mínimo 3 veces el diámetro de la huella y la distancia del centro de una huella a un borde de la pieza debe ser 2 ½ veces el diámetro de la huella.

ENSAYO DE DUREZA

ENSAYO DE DOBLEZ • Es uno de los métodos para evaluar la ductilidad de un material, pero no debe considerarse como un medio cuantitativo para predecir su funcionamiento durante las operaciones de doblez. • Este tipo de ensayo se emplea básicamente para materiales en forma de láminas, tubos, alambres, etc. sometidos a procesos de manufactura; tales como laminado, forja, extrusión, soldadura, etc. • Básicamente se tiene cuatro pruebas de doblez: libre, semiguiado, guiado y por envoltura. envoltura.

ENSAYO DE DOBLEZ a) Doblez libre: Se realiza en un tornillo de banco y una herramienta dobladora, o bien, en una prensa. b) Doblez guiado: Se realiza sobre probetas estandarizadas mediante un émbolo o punzón también estandarizado, forzando a la probeta dentro de un aditamento de dimensiones predeterminadas; lo cual está especificado en el Código AWS. c) Doblez semiguiado: A diferencia de la prueba anterior, la probeta no se hace forzar hacia un aditamento. d) Doblez por envoltura: Consiste en envolver o arrollar la muestra en torno a un pasador de un diámetro predeterminado.

ENSAYO DE DOBLEZ GUIADO Además de estar contemplado en el Código AWS, esta prueba se especifica en la Sección IX del Código ASME. QW-141.2 “Las pruebas de doblez guiado que se describen en QW-160 se utilizan para determinar el grado de sanidad y ductilidad de uniones de soldadura de ranura”. QW-161 (Probetas) QW-160

QW-162 (Procedimiento de prueba) QW-163 (Criterios de aceptación)

La soldadura y zona afectada por el calor deben de estar completamente dentro de la porción doblada del especimen. Las probetas no deberán contener discontinuidades de material abiertas a la superficie mayores a 1/ ” (3.2 mm) medidas en cualquier dirección de la superficie convexa. No 8 se considerarán las discontinuidades presentes en las esquinas, a no ser que exista evidencia significativa de que proceden de faltas de fusión, inclusiones de escoria u otras discontinuidades internas.

ENSAYO DE DOBLEZ GUIADO

ENSAYO DE IMPACTO ROTURA DUCTIL

DEFORMACION PLASTICA Y REDUCCION DE LA SECCION TRANSVERSAL DE LA PIEZA

ROTURA FRAGIL

SIN DEFORMACION PLASTICA APARENTE, NI REDUCCION DE LA SECCION TRANSVERSAL DE LA PIEZA A) Estado triaxial de esfuerzos

ROTURA FRAGIL (CLIVAJE)

B) Baja temperatura C) Alta velocidad de deformación o velocidad rápida de aplicación de la carga

ENSAYO DE IMPACTO • Es una prueba dinámica que permite predecir en cierta forma el comportamiento dúctil ó frágil de un material a una temperatura especifica. • Si el ensayo se realiza sobre un intervalo de temperaturas (de temp. ambiente a menores) determina el rango de la temperatura de trancisión dúctil-frágil de un material. • El ensayo determina la energía absorbida por una probeta (ranurada) durante su fractura; esto se denomina, como tenacidad del material. • Se tienen dos tipos de ensayo de impacto referidos como Charpy e Izod. El ensayo de impacto Charpy emplea probetas con tres tipos de ranuras: en “V”, “ojo de cerradura” y en “U”; mientras que el de tipo Izod sólo utiliza la ranura en “V”.

ENSAYO DE IMPACTO Las máquinas utilizadas para el ensayo de impacto consisten fundamentalmente de un péndulo provisto de un martillo que se eleva hasta un altura h. La probeta se coloca en la vertical del eje de giro del péndulo, en un soporte adecuado. Al liberar el péndulo, cae y rompe la probeta, ascendiendo hasta una altura h’. El trabajo del péndulo será entonces: T = P(h – h’) = Pl (cos α - cos β) La energía absorbida durante la rotura se expresa en Joules (J) ó ft-lb. En Europa los resultados de la prueba de impacto se expresan en unidades de energía absorbida por unidad de área.

ENSAYO DE IMPACTO

ENSAYO DE IMPACTO

NORMATIVA APLICABLE A-370

Métodos y definiciones productos de acero.

para

ensayos

mecánicos

de

E-6

Definiciones de terminos relacionados a los métodos de ensayos mecánicos.

E-8

Métodos de ensayos de tensión para materiales metálicos.

E-10

Método de ensayo de dureza Brinell para materiales metálicos.

E-18

Métodos de ensayo de dureza Rockwell y dureza Rockwell Superficial de materiales metálicos.

E-92

Métodos de ensayo de dureza Vickers para materiales metálicos.

E-384

Método de ensayo de microdureza de materiales.

E-190

Métodos de ensayo de doblez guiado para la ductilidad de probetas de soldadura.

E-23

Métodos de ensayo de las pruebas de impacto de barras ranuradas de materiales metálicos.