Ut, Ensayos Mecánicos: propiedades de los materiales y pruebas

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. INTRODUCCIÓN

Las propiedades de los materiales son el conjunto de características mensurables que determinan el comportamiento del material y su respuesta a estímulos externos (como luz, calor, acción de fuerzas, etc). Aquí tenemos un esquema con algunas de las principales propiedades de los materiales.

• MATERIALES METÁLICOS
  • BUENA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA Y TÉRMICA
  • OPACIDAD A LA LUZ VISIBLE

    BRILLO

  • RESISTENCIA MECÁNICA

    DUCTILIDAD

  • SE PUEDE FUNDIR
  • DUREZA

ALEACIONES FÉRREAS: ACEROS, FUNDICIONES ... . ALEACIONES NO FÉRREAS: BRONCES, LATONES, ALEACIONES DE ALUMINIO ...

• MATERIALES CERÁMICOS
  • AISLANTE ELÉCTRICO
  • AISLANTE TÉRMICO
  • RESISTENCIA A ALTAS TEMPERATURAS
  • RESISTENCIA A AMBIENTES AGRESIVOS

    DUREZA

  • FRAGILIDAD
• MATERIALES POLIMÉRICOS

  DENSIDAD BAJA

  • DUCTILIDAD
  • BAJA TEMPERATURA DE TRABAJO
  • AISLANTE TÉRMICO
  • AISLANTE ELÉCTRICO

TERMOPLÁSTICOS: FUNDIBLES, RECICLABLES, FÁCIL PROCESABILIDAD, AMPLIO ABANICO DE PROPIEDADES TERMOESTABLES: ESTABILIDAD TÉRMICA, NO FUNDIBLES, DUREZA, FRAGILIDAD, DIFÍCIL PROCESABILIDAD, NO RECICLABES ELASTÓMEROS: ELASTICIDAD, RESISTENCIA A ABRASIÓN Y DESGASTE, ESTABILIDAD TÉRMICA, NO RECICLABLES

• MATERIALES COMPUESTOS

  PROPIEDADES RESULTADO DE LA COMBINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE CADA COMPONENTE

  • ALTA RIGIDEZ
  • ALTA RESISTENCIA MECÁNICA

Para conocer las propiedades de un material se realizan diversos tipos de ensayos. 1CFGM - OPERACIONES DE LABORATORIO MÓDULO: ENSAYOS DE MATERIALES PROFESORA: MINERVA GALDRÁN

ENSAYOS DE MATERIALES. DEFINICIÓN

Los ensayos de materiales son las pruebas, usualmente realizadas siguiendo procedimientos normalizados que sirven para determinar y/o cuantificar las propiedades de los materiales. Los ensayos permiten decidir el criterio según el cual se acepta o se rechaza un producto, por lo que existen numerosas normas que describen ensayos a realizar sobre distintos productos. Para las empresas, los ensayos son una manera de asegurar que las materias primas y/o los productos cumplen con las especificaciones establecidas, por lo que ofrecen confianza a la organización, a los clientes y a la sociedad en general. Además, en muchos casos la legislación exige que ciertos productos superen determinados tipos de ensayos como requisito obligatorio para poder poner esos productos en el mercado.

CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYOS DE MATERIALES

Podemos clasificar los ensayos atendiendo a distintos aspectos. Una clasificación general podría ser:

• Si atendemos a la rigurosidad de los ensayos:
  • científicos
  • tecnológicos
• Si atendemos a la naturaleza de los ensayos:
  • físicos
  • químicos
  • mecánicos
  • metalográficos
• Si atendemos a la forma de realizar los ensayos:
  • destructivos
  • no destructivos
• Si atendemos a la velocidad con que se aplican los esfuerzos en los ensayos:
  • estáticos
  • dinámicos

Para nosotros los más importantes son los ensayos científicos (se realizan en laboratorios especializados y consiguen resultados muy precisos y normalizados) y los tecnológicos (se hacen para determinar la calidad del material). Y una posible forma de clasificarlos, combinando aspectos diversos es:

Ensayos destructivos

• Estructurales

Cristalográficos: Determinar la cristalización, se realiza mediante un microscopio electrónico. Micrográficos:determinar el grano (con microscopios). Macrográficos: Determinar la fibra

• Térmicos

Puntos de fusión. Puntos críticos.

• Químicos
• Ensayos de propiedades mecánicas

1. Estáticos:

   Dureza 2CFGM - OPERACIONES DE LABORATORIO MÓDULO: ENSAYOS DE MATERIALES PROFESORA: MINERVA GALDRÁN Tracción Compresión Cizalladura Flexión Pandeo Fluencia

2. Dinámicos:

   Resiliencia: Resistencia al choque Desgaste Fatiga

Además, podríamos clasificar los distintos tipos de ensayo de dureza:

TIPOS DE ENSAYOS DE DUREZA

AL RAYADO Resistencia que oponen los materiales a ser rayados por otros más duros

PENETRACIÓN Resistencia que oponen los materiales a dejarse penetrar por otros más duros

DINÁMICOS Reacción o resistencia elástica de un material al chocar contra un cuerpo duro

. Ensayo de Mohs · Método Brinell · Método de impacto (Poldi) · Ensayo de Martens · Método Vickers · Ensayo a la lima . Método Rockwell · Método de retroceso (Shore)

Ensayos No destructivos

Por orden de importancia tenemos Rayos X. Rayos Gamma: Se usa un isótopo reactivo, uso de radiografías. Ultrasonidos. Partículas magnéticas. Líquidos penetrantes. Corrientes Inducidas. Magnéticos. Sónicos

Ensayos tecnológicos

Determinan el comportamiento del material en operaciones industriales Doblado Plegado Forja Embutición Soldadura Laminación

Clasificación de Ensayos

ENSAYOS FÍSICOS FÍSICOS-QUÍMICOS QUÍMICOS E.N.D. MECÁNICOS METALOGRÁFICOS ESPECTROGRÁFICOS Estáticos Dinámicos Tecnológicos Tracción Compresión Impacto Fatiga Doblado Embutición Flexión Cizalla Desgaste Torsión Dureza Impacto-Tracción Brinell Vickers Rockwell Shore Poldi Knoop Charpy Izod Fuente: Esc. Técnica Superior de Ingeniería Industrial de la Universidad Politécnica de Cartagena 3CFGM - OPERACIONES DE LABORATORIO MÓDULO: ENSAYOS DE MATERIALES PROFESORA: MINERVA GALDRÁN

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES

Indican el comportamiento del material cuando se le somete a fuerzas exteriores. Las propiedades mecánicas son:

• Cohesión: Resistencia que ofrecen los átomos a separarse unos de otros. La mayor o menor cohesión depende de las fuerzas de tipo Van der Waals. Para determinar la cohesión, se realizan ensayos a de dureza y tamaña de grano. Para determinar la cohesión se realizan ensayos de DUREZA y tamaño del grano.
• Elasticidad: Capacidad de los cuerpos para recuperar la forma primitiva cuando cesa la acción deformadora. Los materiales dejan de ser elásticos cuando se supera su límite elástico, a partir de este punto la deformación es permanente.
• Plasticidad: capacidad de los cuerpos para adquirir deformaciones permanentes. Distinguimos:

  Maleabilidad: en forma de láminas Ductilidad: en forma de hilos. La elasticidad y plasticidad se estudian con el ensayo de tracción y compresión.

• Dureza: La dureza es la propiedad que tienen los materiales de resistir el rayado y el corte de su superficie. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa, que no tiene mucha dureza, mientras que el vidrio cuando lo rayas no queda marca, por lo tanto tiene gran dureza.
• Fragilidad: La fragilidad intuitivamente se relaciona con la cualidad de los objetos y materiales de romperse con facilidad. Aunque técnicamente la fragilidad se define más propiamente como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación, a diferencia de los materiales dúctiles que se rompen tras sufrir acusadas deformaciones plásticas.
• Tenacidad: La tenacidad es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber antes de fracturarse. Evalúa la habilidad de un material de soportar un impacto sin fracturarse.
• Resiliencia o resistencia al choque: Es la energía que absorbe un cuerpo antes de fracturarse.
• Resistencia a la fatiga: Deformación de un material que puede llegar a la ruptura al aplicarle una determinada fuerza repetidas veces.(capacidad para aguantar esfuerzos repetitivos).

En la práctica, las propiedades fundamentales son las tres primeras: cohesión, elasticidad y plasticidad.

CONCEPTOS Y CLASES DE CARGA, TENSIÓN y ESFUERZO

Muchos materiales cuando están en servicio soportan fuerzas o cargas. Por lo que esos materiales están sometidos a esfuerzos. Es importante conocer las características del material para diseñar el instrumento donde va a usarse de forma que dichos esfuerzos no sean excesivos y el material no se fracture. El comportamiento mecánico de un material indica la relación entre su respuesta (o deformación) y la fuerza o carga aplicada. Las formas principales en las cuales podemos aplicar esas cargas (o fuerzas) son:

• Tensión o tracción: La carga de tracción produce un alargamiento
• Compresión: la carga produce una contracción
• Flexión: se aplican cargas perpendiculares al eje longitudinal del elemento, curvándolo
• Cizalladura: La carga está producida por un par de fuerzas que producen una deformación no

  torsión

• Torsión: La carga está producida por un par de fuerzas que producen una deformación con

  giro o torsión

Esfuerzo: es la fuerza interna que se opone a la carga. Su valor numérico es igual al de la carga, pero de sentido contrario 4CFGM - OPERACIONES DE LABORATORIO MÓDULO: ENSAYOS DE MATERIALES PROFESORA: MINERVA GALDRÁN

ENSAYOS MECÁNICOS. INTRODUCCIÓN

Los ensayos mecánicos de un material son pruebas físicas realizadas en una porción de dicho material, para determinar sus propiedades mecánicas (resistencia, ductilidad, tenacidad ... ). Se caracterizan por estar normalizados, esto es realizan según una norma técnica (en España el instituto de normalización es AENOR y las normas que dicta se llaman normas UNE). En estos ensayos se intenta simular las condiciones a las que van a estar expuestos los materiales cuando entren en servicio. Los ensayos mecánicos se pueden clasificar atendiendo a distintos criterios. Consideramos la clasificación del punto 2.1. Los factores a tener en cuenta respecto a los ensayos mecánicos son:

• tipo de carga aplicada: pueden ser de tracción, compresión o cizalladura.
• tiempo de aplicación de la carga: varían de instantáneo a largo plazo (años incluso)
• condiciones ambientales: se reproducen las condiciones de trabajo del material.

ENSAYOS DE DUREZA

Vídeo introducción a métodos ensayo: https://www.youtube.com/watch?v=66pznO3EjRU Dureza la resistencia que opone un cuerpo a ser rayado o penetrado por una pieza de material diferente. La dureza depende de la elasticidad del material y de su estructura cristalina. En los materiales puros, la dureza aumenta proporcionalmente a la cohesión y al número de átomos por unidad de volumen. En las aleaciones, la dureza aumenta con los tratamientos térmicos, o con el endurecimiento por deformación. Es una propiedad muy importante porque afecta al comportamiento del material frente a la abrasión o desgaste y a la facilidad con que puede ser sometido a mecanizado. No existe una medida absoluta de la dureza, siempre es necesario hacer referencia al método usado para determinarla, de este modo se clasifican los ensayos de dureza:

• Dureza al rayado:
  • Escala de Mohs
  • Dureza Martens
  • Dureza a la lima.
• Dureza a la penetración:
  • Brinell
  • Vickers
  • Rockwell
• Dureza al rebote:
  • Shore

ENSAYOS DE DUREZA AL RAYADO

Escala de Mohs

ESCALA DE MOHS 1.Talco 3.Calcita 5.Apatito 7.Cuarzo 9.Corindon 6.Ortosa 8.Topacio 4.Fluorita 2.Yeso 10.Diamante 5