Fundamentos de Propiedades y Ensayos Mecánicos de Materiales Industriales

Propiedades Fundamentales de los Materiales

Características Mecánicas

La cohesión es la resistencia de un material a la separación de sus partículas.

La elasticidad es la capacidad de un material para recuperar su forma original después de ser deformado.

La plasticidad es la capacidad de un material para deformarse permanentemente sin fracturarse.

Ensayos de Dureza

Concepto de Dureza

La dureza es la resistencia del material a ser rayado o deformado por penetración. Por ejemplo, con una punta de diamante se raya la superficie con una fuerza determinada y un ángulo de 90º, y con esto se mide la anchura de la huella en micras.

Métodos Comunes de Ensayos de Dureza

• Dureza a la lima
• Penetración
• Ensayo Martens
• Método Brinell
• Método Rockwell
• Método Vickers
• Método Knoop
• Método Shore

Ensayo Brinell

Consiste en la compresión de una bola de acero sobre el material, aplicando una fuerza constante durante un tiempo constante. La dureza se obtiene mediante la relación entre la carga y el diámetro de la huella, denotada como HB (Dureza Brinell).

Condiciones para el Ensayo Brinell:

• La pieza debe estar limpia.
• El espesor de la pieza debe ser el doble del diámetro de la huella.
• La distancia del centro de la huella al borde de la pieza debe ser 4 veces el diámetro de la huella.

Ensayo Rockwell

Se utiliza una punta de diamante o una bola de acero, aplicando una carga en dos etapas. Dependiendo de la profundidad de la huella, se determinará la dureza.

Parámetros clave:

• Tipo de penetrador
• Carga aplicada
• Constante de cálculo
• Denominación

Ensayo Vickers

Similar al Ensayo Brinell, pero con una punta de forma piramidal con un ángulo de inclinación de 136º. La dureza se calcula como la relación entre la carga aplicada y la superficie de la huella.

Propiedades de Resistencia y Deformación

Módulo de Young

El Módulo de Young es la relación que existe entre el esfuerzo y la deformación de un material en su zona elástica.

Límite de Elasticidad

El Límite de Elasticidad es la carga máxima que el metal puede soportar sin llegar a deformarse permanentemente.

Alargamiento

El alargamiento es la deformación de una barra entre su estado inicial y el estado final, expresada generalmente como un porcentaje de la longitud original.

Ensayos de Comportamiento Estructural

Ensayo de Pandeo

En piezas largas de pequeño grosor, la rotura no se produce por aplastamiento, sino que se doblan (pandean) y finalmente se rompen por cargas inferiores a las que podrían soportar en compresión directa.

Configuraciones comunes para el ensayo de pandeo:

• Barra fijada por un lado.
• Barra fijada por ambos lados.
• Barra libre en un extremo.
• Barra libre en ambos extremos.

Ensayos Dinámicos y de Fatiga

Tipos de Ensayos Dinámicos

Los ensayos dinámicos evalúan la resistencia de los materiales a impactos, desgaste y fatiga.

• Resistencia al choque (Ensayo Charpy, Ensayo Izod)
• Resistencia al desgaste
• Resistencia a la fatiga

Ensayo Charpy

Consiste en romper de un solo golpe la probeta con un martillo de trayectoria pendular.

Ensayo Izod

Similar al Ensayo Charpy, pero con dimensiones de martillo y probeta diferentes, y la probeta se sujeta de forma distinta.

Ensayos de Fatiga

Estos ensayos buscan determinar la vida útil de una pieza, sometiéndola a ciclos de carga repetitivos, a menudo simulando condiciones de funcionamiento reales (por ejemplo, montándola en un vehículo).

Proceso general:

1. Instrumentar la pieza en el vehículo a ensayar (uso de galgas extensométricas).
2. Mantener la pieza montada en el vehículo durante el ensayo.
3. Realizar los ciclos de carga necesarios para conocer los esfuerzos a los que está sometida la pieza.

Tipos de Solicitaciones en Fatiga:

• Intermitentes: La carga varía de cero a un valor máximo.
• Pulsatorias: La carga varía entre dos valores en el mismo sentido.
• Alternadas Simétricas: La carga varía entre dos valores iguales en sentido contrario.
• Alternativas Disimétricas: La carga varía entre esfuerzos desiguales en sentido contrario.

Ensayos de Conformado y Uniones

Ensayo de Plegado

Consiste en someter una pieza a un plegado simple, doble o alternativo para observar la aparición de grietas.

Tipos de Plegado:

• Simple: Plegado de una barra 1.5 veces su espesor.
• Doble: Se realiza con láminas de 200 x 200 mm, como si fuera un pañuelo. Luego se examina la aparición de grietas.
• Alternativo: Una barra se dobla 90º en ambos sentidos hasta que se parte. Se cuentan las veces que se ha doblado.

Ensayo de Aplastamiento de Tubos

Este ensayo evalúa la capacidad de un tubo para soportar cargas de aplastamiento sin fracturarse.

Soldabilidad

La soldabilidad es la aptitud de los metales para ser unidos permanentemente mediante soldadura.

Condiciones que influyen en la soldabilidad:

• Soldabilidad operativa
• Soldabilidad metalúrgica
• Soldabilidad constructiva

Ensayos de Detección de Defectos (Ensayos No Destructivos - END)

Estos ensayos se utilizan en piezas acabadas y listas para montar, sin dañarlas.

Principales métodos de detección de defectos:

• Ensayos Magnetoscópicos
• Ensayos Ultrasónicos
• Rayos X (Radiografía Industrial)
• Rayos Gamma (Gammagrafía Industrial)