Métodos de Evaluación de Propiedades Mecánicas: Flexión, Charpy, Dureza y Fatiga

Introducción a los Ensayos Mecánicos de Materiales

Ensayo de Flexión

Este ensayo se suele realizar cuando el material es demasiado frágil. Al aplicar carga en tres puntos se causa flexión, lo que genera tensión sobre la superficie opuesta a la que actúa la carga. Las curvas resultantes son de esfuerzo-deflexión, y en ellas se identifica una zona elástica y una plástica.

Ensayo de Impacto Charpy

Cuando el material se somete a un golpe intenso y súbito, en el cual la velocidad de aplicación del esfuerzo es extremadamente grande, el material tiene un comportamiento mucho más frágil que en un ensayo de tracción. Bajo estas circunstancias, se utiliza el ensayo Charpy de impacto para evaluar la fragilidad del material.

Características y Metodología

El ensayo Charpy permite calcular cuánta energía (resiliencia) logra absorber una probeta al ser golpeada por un pesado péndulo antes de romperse. El ensayo entrega valores en Joules (o libra-pie), y estos pueden diferir fuertemente a diferentes temperaturas.

La probeta posee un entalle estándar para facilitar el inicio de la fractura; este entalle recibe el nombre de V-Notch.

Según la diferencia de alturas, es posible obtener la energía absorbida durante el impacto. Con este ensayo podemos observar las transiciones dúctil-frágil de los materiales en función de su temperatura.

Las probetas pueden fallar de dos maneras principales:

• Las probetas que fallan en forma frágil se rompen en dos mitades.
• Aquellas con mayor ductilidad se doblan sin romperse.

Ensayo de Dureza

Definición de Dureza

La dureza es una propiedad fundamental de los materiales y está relacionada con la resistencia mecánica. La dureza puede definirse como la resistencia de un material a la penetración o formación de huellas localizadas en una superficie. Cuanto más pequeña sea la huella obtenida en condiciones normalizadas, más duro será el material ensayado.

Métodos Específicos

Ensayo de Dureza Brinell

Una esfera de acero se oprime contra la superficie del material. Se usa el índice Brinell (HB). Es un método barato, usado comúnmente en fundiciones.

Ensayo de Dureza Rockwell

Similar al anterior, pero puede usar una bola pequeña de acero o un cono de diamante para materiales más duros. Se usa el índice Rockwell (HR). Este método es considerado más preciso.

Dureza y Tipos de Materiales

La dureza se relaciona con la resistencia al desgaste. En términos generales, los materiales se clasifican por su dureza de la siguiente manera:

• Poliméricos: Excepcionalmente blandos.
• Metales: Dureza intermedia.
• Cerámicos: Excepcionalmente duros.

Ensayo de Fatiga

En ocasiones, un material está sometido a la aplicación cíclica de un esfuerzo menor al de fluencia. Aun cuando este esfuerzo está por debajo del límite elástico, el material puede fallar (romperse). Este tipo de falla se conoce como fatiga.

Un método común para medir la resistencia a la fatiga es el ensayo de la viga en voladizo rotatoria. En el inicio, la superficie superior de la probeta está sometida a tensión, y la inferior a compresión. A medida que la probeta gira, las superficies superior e inferior se intercalan en ciclos de tensión y compresión.

Conceptos Clave de Fatiga

Esfuerzo Límite

Es el esfuerzo por debajo del cual existe una probabilidad del 50% de que ocurra una falla por fatiga.

Vida a Fatiga

Es el número de ciclos que resiste un material a un esfuerzo particular.

Resistencia a la Fatiga

Es el esfuerzo máximo en el que no habrá fatiga a un número alto de ciclos, como por ejemplo 500,000,000.