Descripción de los ensayos de fatiga, impacto, tenacidad by Rockaren Vega

Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Procesos de Manufactura Tema II Materiales de Ingeniería Tarea 3 Descripción de Las pruebas  Prueba de impacto  Prueba de altas temperaturas  Prueba de fatiga  Prueba de tenacidad por fractura M.I. Guadalupe Maribel Hernández Muñoz Karen María Cecilia Vega Sixtos 1489497 7125 Grupo: 008

San Nicolás de los Garza, Nuevo León 21 de agosto de 2011 1

Índice 

Introducción

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Ensayo de impacto

Prueba de impacto charpy Procedimiento

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Prueba de fatiga

Clasificación de los ensayos de fatiga Ensayos de fatiga de amplitud constante Ensayos de fatiga de amplitud variable Ensayo de fatiga de amplitud variable Conclusión

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Prueba de fractura

Fractura dúctil Fractura frágil

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Ensayo de tenacidad

Tenacidad de materiales ingenieriles



Prueba de altas temperaturas

Deformación en frío Deformación en caliente



Conclusión

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Bibliografía

Introducción En ingeniería y, en especial, en ciencia de materiales, para saber ciertas propiedades mecánicas de un material, éste se somete a distintas pruebas mecánicas, algunos Ensayos como la fatiga de materiales (que es un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce ante cargas inferiores a las cargas estáticas que producirían la rotura), de impacto, fractura y a altas temperaturas serán desarrollados en este trabajo. Con el objetivo de familiarizar las pruebas mecánicas más comunes y Determinar aspectos importantes de la resistencia y alargamiento de materiales, que pueden servir para el control de calidad, las especificaciones de los materiales y el cálculo de piezas sometidas a esfuerzos.

Ensayo de impacto Los ensayos de impacto se utilizan para la determinación del comportamiento de un material a velocidades de deformación más altas. Los Péndulos clásicos determinan la energía absorbida en el impacto por una probeta estandarizada, midiendo la altura de elevación del martillo del Péndulo tras el impacto. Generalmente se pueden aplicar varios métodos de ensayo:    

Charpy (ISO 179-1, ASTM D 6110) Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508) y 'unnotched cantilever beam impact' (ASTM D 4812) Ensayo tracción por impacto (ISO 8256 und ASTM D 1822) Dynstat ensayo flexión por impacto (DIN 53435)

Se define como Tenacidad la cantidad de energía que puede absorber un material antes de fracturarse. Por otro lado, la energía es la capacidad para realizar un trabajo debido a una fuerza que recorre una cierta distancia:

Donde W= trabajo (N/m ó lb/ft) F= fuerza (N o Lb) D= Distancia (m o ft) Prueba de impacto Charpy Esta prueba consiste en impactar una probeta estándar mediante un péndulo que se deja caer desde cierta altura. La prueba de impacto se realiza a diferentes temperaturas de acuerdo a lo exigido por los estándares o como lo requieran nuestros clientes. El resultado se mide en Joules o en Libra-Pie. Procedimiento Para realizar la prueba de impacto el péndulo se coloca en un ángulo inicial, se libera y golpea la probeta. Si la trayectoria del péndulo fuera sin golpear la probeta, teóricamente el péndulo alcanzaría el ángulo de inicio en el extremo contrario, suponiendo que no se generara ninguna fricción. Con la probeta colocada en la trayectoria del péndulo, parte de la energía generada por la caída del péndulo será absorbida por la probeta, esto tendrá como resultado que el péndulo no alcance el mismo ángulo en el extremo contrario. Para Calcular la energía que la probeta absorbe utilizamos: donde E = energía absorbida por la probeta (Joules)

W = peso del péndulo (N, ft) R = Radio de giro del péndulo (m, ft) A = Ángulo inicial (grados) B = Ángulo final (grados)

Prueba de Fatiga Método para determinar el comportamiento de los materiales bajo cargas fluctuantes. Se aplican a una probeta una carga media específica (que puede ser cero) y una carga alternante y se registra el número de ciclos requeridos para producir la falla del material (vida a la fatiga). Por lo general, el ensayo se repite con probetas idénticas y varias cargas fluctuantes. Las cargas se pueden aplicar axialmente, en torsión o en flexión. Dependiendo de la amplitud de la carga media y cíclica, el esfuerzo neto de la probeta puede estar en una dirección durante el ciclo de carga o puede invertir su dirección. Los datos procedentes de los ensayos de fatiga se presentan en un diagrama S-N, que es un gráfico del número de ciclos necesarios para provocar una falla en una probeta contra la amplitud del esfuerzo cíclico desarrollado. El esfuerzo cíclico representado puede ser la amplitud de esfuerzo, el esfuerzo máximo o el esfuerzo mínimo. Cada curva del diagrama representa un esfuerzo medio constante. La mayoría de los ensayos de fatiga se realizan en máquinas de flexión, de vigas rotativas o de tipo vibratorio. Clasificación de los ensayos de Fatiga En general los ensayos de fatiga se clasifican por el espectro de carga- tiempo: -

Ensayos de fatiga de amplitud constante.

Ensayos de fatiga de amplitud variable.

Ensayos de fatiga de amplitud constante. Los ensayos de amplitud constante evalúan el comportamiento a la fatiga mediante ciclos predeterminados de carga o deformación, generalmente senoidales o triangulares, de amplitud y frecuencia constantes. Son de ampliación en ensayos de bajo como de alto número de ciclos, ponderan la capacidad de supervivencia o vida a la fatiga por el número de ciclos hasta la rotura (inicio y propagación de la falla) y la resistencia a la fatiga por la amplitud de la tensión para un número de ciclos de rotura predeterminado. Es usual denominar como resistencia a la fatiga a la máxima tensión bajo la cual el material no rompe o aquella que corresponde a un número preestablecido de ciclos según los metales o aleaciones. A este respecto la norma ASTM E define como limite de fatiga a la tensión que corresponde a un número muy elevado de ciclos. 5

Ensayo de fatiga de amplitud variable. En fatiga, cuando la amplitud del ciclo es variable, se evalúa el efecto del daño acumulado debido a la variación de la amplitud del esfuerzo en el tiempo. Son ensayos de alto número de ciclos con control de carga, que según el espectro de carga elegido serán más o menos representativos de las condiciones de servicio.

Prueba de Fractura Es la separación de un sólido bajo tensión en dos o más piezas. En general, la fractura metálica puede clasificarse en dúctil y frágil. La fractura dúctil ocurre después de una intensa deformación plástica y se caracteriza por una lenta propagación de la grieta. La fractura frágil se produce a lo largo de planos cristalográficos llamados planos de fractura y tiene una rápida propagación de la grieta. Fractura Dúctil La fractura dúctil comienza con la formación de un cuello y la formación de cavidades dentro de la zona de estrangulamiento. Luego las cavidades se fusionan en una grieta en el centro de la muestra y se propaga hacia la superficie en dirección perpendicular a la tensión aplicada. Cuando se acerca a la superficie, la grieta cambia su dirección a 45° con respecto al eje de tensión y resulta una fractura de cono y embudo. Fractura Frágil La fractura frágil tiene lugar sin una apreciable deformación y debido a una rápida propagación de una grieta. Normalmente ocurre a lo largo de planos cristalográficos específicos denominados planos de fractura que son perpendiculares a la tensión aplicada. La mayoría de las fracturas frágiles son transgranulares o sea que se propagan a través de los granos. Pero si los límites de grano constituyen una zona de debilidad, es posible que la fractura 6

se propague intergranularmente. Las bajas temperaturas y las altas deformaciones favorecen la fractura frágil. Entre tipos de ensayos se encuentra el ensayo Small Punch que puede definirse de forma simple como un punzonado hasta rotura de una probeta plana de pequeñas dimensiones. Durante el transcurso de la prueba se registra de forma continua tanto la carga ejercida por el punzón como el desplazamiento experimentado por éste, obteniendo, de este modo, una curva carga-desplazamiento característica de cada ensayo. Ensayo de tenacidad La fractura de un material comienza en el lugar donde la concentración de tensión es lo más grande posible, como lo es la punta de una grieta. Supóngase una muestra de forma de placa bajo tensión uniaxial que contiene una grieta en el borde o en su interior. La tensión en la grieta es mayor en la punta de la grieta.

Tenacidad de Materiales Ingenieriles

Prueba de altas temperaturas El ensayo de temofluencia estudia el comportamiento de un material cuando se aplica un esfuerzo constante a una probeta calentada a una alta Temperatura. Proporciona informaci贸n sobre la capacidad de un material para soportar cargas a altas temperaturas, la rapidez de termofluencia y el tiempo de ruptura son propiedades importantes obtenidas a partir de estos ensayos

Deformación en frío La deformación en frío se produce cuando el material endurece progresivamente a medida que aumenta la deformación plástica, esto implica que no se presentan fenómenos de recuperación ni recristalización. El rango de trabajo en frío está limitado entre las temperaturas de transición dúctil frágil y de recristalización. El concepto de deformación en frío no está relacionado con la temperatura de trabajado. El trabajo en frío tiene los siguientes inconvenientes: 1. La resistencia que presenta el metal a ser deformado es, por lo común, elevada y aumenta durante el proceso debido al endurecimiento por deformación. 2. La ductilidad, en general, es reducida, por lo que no se pueden alcanzar grandes deformaciones plásticas sin recurrir a recocidos intermedios. Las ventajas que presenta la deformación en frío son: 1. No se requiere energía para el calentamiento del metal, 2. No hay pérdidas de material por oxidación, 3. Se obtienen buenas tolerancias dimensionales, 4. El acabado superficial de las piezas es excelente, 5. Se puede endurecer al metal por deformación plástica para mejorar su resistencia en servicio. En este tipo de deformación se generan dislocaciones que interactúan entre sí y con otras barreras (precipitados, bordes de grano, etc.) para producir endurecimiento por deformación. Así, un metal recocido contiene de 106 a 108 dislocaciones por centímetro cuadrado, mientras que un metal se ve mente deformado 1012.Como las dislocaciones representan una distorsión de la red cristalina, entonces el incremento en la densidad de dislocaciones aumenta la energía de deformación del metal. Este incremento en la densidad de dislocaciones produce un aumento en el esfuerzo requerido para deformar al metal, lo cual se observa en la curva esfuerzo-deformación obtenida por una prueba tensil y generalmente se representa, con limitaciones, por la ecuación de Hollomon. La mayor parte de la energía utilizada en la deformación en frío de un metal se disipa como calor y el resto se almacena como defectos cristalinos. Durante la deformación plástica el volumen permanece constante. Para producir el alargamiento de un material en la deformación en frío, los granos se deben alargar en la dirección deseada y, correspondientemente, reducir en las direcciones transversales; esto ocasiona un gran incremento en el ·rea de borde del grano.

Deformación en caliente Se deforma en caliente un material cuando se produce recuperación y recristalización simultáneamente con la deformación. El rango de trabajado en caliente está comprendido entre la temperatura de recristalización y la de fusión del metal. Como el metal no endurece durante el proceso, tampoco se fragiliza, por lo que la ductilidad es prácticamente ilimitada. La elevada ductilidad y ausencia de endurecimiento por deformación se debe a que la temperatura permite una mayor difusión de vacancias e intersticiales y al trepado de dislocaciones, lo que conduce a la recristalización del metal. Los procesos de trabajado en caliente son muy comunes como operaciones primarias o de desbaste. Las ventajas del trabajado en caliente son: a) El metal presenta menor resistencia a la deformación y, por ende, se requiere menor potencia necesaria para deformar, b) Una ductilidad prácticamente ilimitada en el metal, c) Posibilidad de mejorar la estructura afinando el tamaño de grano, d) Homogeneización química. Entre las desventajas están: a) Son necesarias instalaciones complementarias para el calentamiento de las piezas, b) Las altas temperaturas favorecen las reacciones del metal con el medio ambiente, por lo que las oxidaciones son importantes. Ello involucra la posibilidad de defectos superficiales y pérdidas de material. En los aceros estas pérdidas oscilan entre el 2 y el 3%. La mayor parte de las operaciones en caliente se efectúan en una serie de pasadas o etapas. En general, se mantiene la temperatura de trabajo en las pasadas intermedias bastante por encima de la mínima a efecto de aprovechar la menor resistencia ofrecida por los metales. Esto podría dar lugar a un crecimiento de grano excesivo durante la recristalización, por lo que es práctica común bajar la temperatura de la última pasada hasta un valor tal que el crecimiento de grano sea mínimo. El rango de conformado en caliente está limitado por la temperatura de fusión del metal

Conclusión Cada material se deformará (o acturará) de manera distinta, debido a su estructura molecular. Se deben seguir las pautas de la Norma ASTM para fabricar las probetas, ya que así se logra estandarizar las condiciones de operación en los laboratorios. El hecho de que no se tenga el control de la velocidad de aplicación de la carga, implica mucho error asociado, ya que no será uniforme a lo largo de la prueba. Si no se conoce con exactitud que material se está utilizando en las probetas, se hace muy complicado comparar los valores obtenidos de las propiedades del material, Las pruebas de impacto se utilizan para conocer cuánta energía puede absorber un material al ser impactado.El procedimiento Charpy tiene una amplia gama de aplicación y es el más adecuado para el ensayo de materiales que presentan rotura por cizallamiento interlaminar o efectos de superficie. Además, el método Charpy ofrece ventajas en los ensayos con temperaturas bajas, ya que los asientos de la probeta se encuentran más alejados de la entalladura, evitando así una rápida transmisión de calor a las partes críticas de la probeta. Un ensayo de fatiga es aquel en el que la pieza está sometida a esfuerzos variables en magnitud y sentido, que se repiten con cierta frecuencia. Muchos de los materiales, sobre todo los que se utilizan en la construcción de máquinas o estructuras, están sometidos a esfuerzos variables que se repiten con frecuencia. Cuando un material está sometido a esfuerzos que varían de magnitud y sentido continuamente, se rompe con cargas inferiores a las de rotura normal para un esfuerzo de tensión constante.

BibliografĂa http://www.zwick.es/es/aplicaciones/plasticos/termoplasticos-compuestos-de-moldeo/ensayo-deimpacto.html http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/villela_e_ij/capitulo3.pdf http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/pruebadelimpacto1.htm http://www.instron.com.ar/wa/glossary/Fatigue-Test.aspx http://tq.educ.ar/grp0128/Ensayos/fatiga.htm http://materias.fi.uba.ar/6716/Fatiga_1_EI.pdf http://www.gef.es/Congresos/27/PDF/53.pdf http://www.unalmed.edu.co/~cpgarcia/mecanicas2.PDF http://es.scribd.com/doc/22334136/Manufactura-Ingenieria-Y-Tecnologia-Kalpakjian http://issuu.com/jorgesanabria/docs/ensayos_de_los_materiales