Guía Completa de Ensayos de Materiales: Dureza, Flexión, Corrosión y Más
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Ensayos de Materiales: Dureza, Resistencia y Corrosión
Este documento explora diversos ensayos utilizados para evaluar las propiedades y el comportamiento de los materiales, abarcando desde la dureza hasta la resistencia a la corrosión.
Ensayos de Dureza
Dureza al Rayado
- Escala de Mohs
- Dureza Martens
Dureza a la Penetración
Ensayo Brinell
El método Brinell no es adecuado para medir la dureza de los aceros templados, ya que el penetrador se deforma. En estos casos, se utiliza el método Rockwell.
Ensayo Rockwell
Este ensayo se basa en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados. Utiliza dos tipos de penetradores: HRB (bola) y HRC (cono de diamante de 120º).
Ensayo Vickers
El penetrador tiene forma de pirámide de base cuadrada con un ángulo de 136º entre dos caras opuestas.
Ensayos de Flexión y Resistencia al Impacto
Ensayo de Flexión por Choque
- Ensayo de Resiliencia - Ensayo Charpy: KCU, KCV (forma)
Ensayo de Tenacidad en Barras: Ensayos de Flexión y Plegado
Se busca evaluar la flexibilidad del material. A cualquier temperatura, una fuerza dobla una barra normalizada hasta alcanzar el ángulo previsto, momento en el que aparecen las primeras fisuras.
Ensayo de Recalcado
Este ensayo evalúa el comportamiento del material frente a esfuerzos de compresión, tanto estáticos como dinámicos. Una barra con una altura dos veces mayor que su ancho se comprime hasta 1/3 de su altura original o hasta que aparecen las primeras fisuras.
Ensayo de Maleabilidad
Se realiza a altas temperaturas. Probetas de 40 cm de longitud y un espesor de 1/3 de su ancho se golpean con un martillo cuando están al rojo vivo, aplanándolas hasta que aparecen las primeras fisuras. Se determina el incremento de la anchura.
Ensayo de Mandrilado
Se utiliza una probeta plana con una anchura 5 veces mayor que su espesor. Se perfora con un diámetro que sea 2 veces el espesor. Con un punzón, se aumenta el diámetro hasta el doble o hasta que aparezcan fisuras, generalmente a altas temperaturas.
Ensayos en Chapas
Ensayo de Flexión Alternativa
Una chapa de 1-3 cm de ancho, sujeta por mordazas, se dobla 90º a ambos lados hasta la aparición de la primera fisura o la rotura.
Ensayo de Embutición
Este ensayo permite conocer el comportamiento del material ante procesos de embutición profunda. Se estampa una bola con extremo cilíndrico sobre una chapa sujeta por ambos lados, hasta la aparición de la primera fisura.
Ensayos en Tubos
Ensayo de Ensanchamiento
Se introduce a presión un cono en el tubo de ensayo hasta que aparecen fisuras en las paredes. Los dos extremos del cono tienen prolongaciones cilíndricas con un diámetro parecido al del tubo.
Ensayo de Aplastamiento
Se comprime un tubo de 5 dm de largo entre dos placas paralelas. Entre las paredes del tubo se introduce una pieza rectangular, determinando hasta cuándo se puede aprisionar sin que la pieza se fisure.
Ensayo de Estanqueidad
Se introduce líquido a una presión 1.5 veces mayor que la que va a tener que soportar el tubo en servicio.
Ensayo de Recanteado
Se dobla el extremo del tubo a alta temperatura, formando un anillo circular a su eje, hasta alcanzar un ángulo específico sin que aparezcan fisuras.
Ensayos en Alambres
Ensayo de Flexión Alternativa
Similar al ensayo en chapas.
Ensayo de Retorcido
Se evalúa el grado de torsión midiendo el número de vueltas antes de la rotura. Se tracciona el alambre con una fuerza (1% de su carga de rotura) para estirarlo. El diámetro y la longitud guardan relación. Se fija por dos sujeciones, y una de ellas lo tuerce.
Ensayos No Destructivos
Estos ensayos detectan imperfecciones en las piezas sin dejar huella.
Ensayos Macroscópicos
Se utilizan líquidos para localizar poros.
Ensayos Ópticos
Se utiliza un microscopio metalográfico para ver grietas.
Ensayos Magnéticos
Permiten ver defectos de continuidad y el estado superficial.
Ensayos Eléctricos
Se utilizan para detectar defectos en vías de tren.
Ensayos con Ultrasonidos
Se utilizan frecuencias de 105-107 kHz para detectar defectos de continuidad y la profundidad de los materiales.
Ensayos con Rayos X y Rayos Gamma (γ)
Se realizan radiografías de piezas. Los rayos X se utilizan para espesores de hasta 1 dm, y los rayos γ hasta 25 cm.
Oxidación
La oxidación se produce cuando un material se combina con oxígeno (O2). Es una reacción exotérmica (desprende energía) o endotérmica (absorbe energía). El metal se oxida más o menos rápido según su energía de oxidación y el óxido que se forma en su exterior. La capa de óxido puede actuar como una capa protectora si cumple con ciertas características:
- Adherencia
- Elevado punto de fusión
- Baja fragilidad
- Baja conductividad eléctrica
La relación de Pilling-Bedworth (PB) se define como: PB = Volumen del óxido / Volumen del material consumido.
- PB < 1 (metales alcalinos): genera grietas.
- PB > 1 (hierro): provoca rotura.
- PB = 1: depende de las condiciones.
Velocidad de Oxidación
- Lineal
- Parabólica
Protección contra la Oxidación
Para proteger el acero dulce, se puede alear con cromo. Un 18% de cromo reduce 100 veces la velocidad de oxidación a 900º (aceros inoxidables). También se pueden utilizar recubrimientos superficiales, aunque son susceptibles a rayaduras.
Corrosión
La corrosión es la oxidación que ocurre en presencia de humedad y son reacciones electroquímicas.
Tipos de Corrosión
- Uniforme
- Galvánica (dos elementos con potencial de electrodos parecido contactan)
- Por Picadura (muy destructiva y difícil de detectar; aparición lenta y velocidad de crecimiento elevada)
- Por Grietas (tornillos, juntas; se mantiene líquido dentro; usar soldadura)
- Intergranular (deterioro por soldadura; mejor añadir titanio o niobio)
- Bajo Tensión (fisuras aumentan de tamaño y rompen)
- Erosiva (por fricción o contacto con líquido a mucha velocidad)
- Selectiva (eliminación de un elemento de la aleación)
Control de la Corrosión
- Selección de materiales
- Recubrimientos:
- Metálicos: Acero Galvanizado (cinc), Hojalata (estaño) - aplicados electrolíticamente, por inmersión en caliente, por cementación
- Inorgánicos: Vidrio
- Orgánicos: Pintura, Barniz
- Plásticos