Dr. Facundo Almeraya C.
El comportamiento mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada.
Dr. Facundo Almeraya C.
Dr. Facundo Almeraya C. Ensayo
Condiciones del
ensayo
Magnitudes
medidas
Propiedades
determinadas
Tracción
Temp. Cte, Vel. De
deformación Constante.
Puede ser realizado en
varias temperaturas
Fuerza,
Alargamiento,
Estricción,
Módulo de elasticidad,
limite de fluencia, límite de
resistencia, tensión de
ruptura, alargamiento total
y uniforme, límite elástico.
Flexión
Temp. Cte o Puede ser
realizado en varias
temperaturas
Fuerza y deflexión
Módulo de ruptura a flexión
Dureza
Temp. Cte, generalmente la
ambiente
Fuerza y área, (o
penetración) de la
indentación
Dureza de acuerdo a la
escala, HRC, HB, HV, etc
Fluencia
(Creep)
La fuerza o tensión es
aplicada cte. Temperatura
Cte y alta. Carga Cte. Puede
ser realizado en varias
temperaturas
Alargamiento y
Tiempo
Resistencia a la fluencia y
tiempo de fluencia
Impacto
Puede ser realizado en
diferentes temperaturas.
Alta velocidad de aplicación
de carga
Energía absorbida
por el material
Resistencia al impacto y
temperatura de transición
dúctil – frágil
Fatiga
Esfuerzos alternados
conteniendo tracción. Temp.
Cte o Puede ser realizado en
varias temperaturas
Número de ciclos o
vida del material
Resistencia a la fatiga y
límite de fatiga
Dr. Facundo Almeraya C.
Dr. Facundo Almeraya C.
A pesar de que en materiales cristalinos la
máxima deformación elástica es por lo
general muy pequeña, el esfuerzo necesario
para producir esta deformación es
generalmente grande. Esta razón de esfuerzo
contra deformación es elevada debido a que
el esfuerzo aplicado actúa en oposición a las
fuerzas restauradoras de uniones primarias
(iónica, covalente, metálica).
El comportamiento elástico de tales
materiales sometidos a esfuerzos de
compresión es igual al comportamiento en
tensión y la curva de esfuerzo contra
deformación en compresión es sólo una
extensión de la misma curva en tensión.
Dr. Facundo Almeraya C.
Algunos materiales no-cristalinos, tales como vidrio o polímeros de uniones cruzadas,
pueden también exhibir elasticidad lineal. Los elastómeros materiales compuestos de
cadenas largas (hules) pueden exhibir deformaciones recuperables de varios cientos
de porcentajes y su comportamiento elástico denomina “alta elasticidad” en
contraposición a la “elasticidad real” de los materiales cristalinos.
Dr. Facundo Almeraya C. Algunos materiales celulares, como la madera, muestranbastante rigidez en
compresión hasta que alcanzan un esfuerzo lo sufucuentemente elevado para causar
pandeo elástico de las paredes de las celdas, una vez que ocurre esto puede
acumularse una deformación considerable sin que elesfuerzo aumente mucho,
entaqles casos es posible recuperar deformaciones no-lineales de grán magnitud, si
el esfuerzo es suficientemente elevado, la deformación no podrá recuperarse. Es
indudable que en tensión las celdas no se pandean elásticamente en la misma forma.
Dr. Facundo Almeraya C.
Propiedades Mecánicas Son aquellas que expresan el comportamiento de
los materiales frente a esfuerzos o cargas que tienden a alterar su forma.
Resistencia: Capacidad de soportar una carga externa si el metal debe
soportarla sin romperse se denomina carga de rotura y puede producirse por
tracción, por compresión, por torsión o por cizallamiento, habrá una
resistencia a la rotura (kg/mm²) para cada uno de estos esfuerzos.
Dureza: Propiedad que expresa el grado de deformación permanente que
sufre un metal bajo la acción directa de una carga determinada. Los ensayos
más importantes para designar la dureza de los metales, son los de
penetración, en que se aplica un penetrador (de bola, cono o diamante) sobre
la superficie del metal, con una presión y un tiempo determinados, a fin de
dejar una huella que depende de de la dureza del metal, los métodos más
utilizados son los de Brinell, Rockwell y Vickers.
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Elongación.- Mide el tiempo que una muestra se extiende cuando es estirada.
La elongación generalmente se expresa como la longitud luego del estiramiento
dividida por la longitud original.
Ductibilidad: es la habilidad que permite que un material sea deformado hasta
una longitud considerable sin que se rompa. Los materiales seleccionados para
ser alambre debe ser bastante dúctiles
Tensión.- Grado de fuerza ejercida sobre un objeto dividida por el área
transversal del mismo. El área transversal es el área de una sección transversal
del objeto en un plano perpendicular a la dirección de la fuerza. La tensión
generalmente es expresada en unidades de fuerza dividida por área, como
N/cm2.
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Elasticidad: es la habilidad que tiene un material que ha sido deformado de
alguna manera para regresar a su estado y tamaño original, cuando se retira la
acción que ha producido la deformación.
Cuando el material se deforma permanentemente de tal manera que no regresa a
su estado original se dice que ha pasado a su límite elástico.
Maleabilidad: esta propiedad permite que un material se deforme mediante
martilleo, rolado o prensado, sin romperse.
La maleabilidad, se aumenta normalmente cuando el material esta caliente.
Plasticidad: es la habilidad de un material para adoptar nuevas formas bajo
presión y de tener esa nueva forma.
El rango de adaptación puede variar considerablemente de acuerdo con el
material y sus condiciones. En el proceso de expulsión el material es calentado
hasta un estado plástico y es forzada en una prensa de expulsión a través de una
abertura perfilada llama dado.
Dr. Facundo Almeraya C.
La metalurgia mecánica es una disciplina que
se dedica al estudio y comprensión de los
fenómenos de esfuerzo y deformación de los
cuerpos metálicos sólidos.
Sus principios y teorías son empleados para el
diseño, procesamiento y evaluación de
metales.
Dr. Facundo Almeraya C.
Primer Etapa: El comportamiento
esfuerzo-deformación en un sólido,
continuo, homogéneo e inicialmente
isotrópico. Las relaciones de estas
variables se basan en los principios de
la mecánica clásica, que son equilibrio,
la ley de la acción-reacción y el
algebra vectorial. Mecánica del
Medio Continuo.
Dr. Facundo Almeraya C.
Dr. Facundo Almeraya C.
ZONA PLÁSTICA
La zona con cargas superiores a las correspondientes al límite elástico, se caracteriza por:
a) Mayor sensibilidad a los alargamientos para el mismo incremento de carga. En efecto, las
pendientes a la curva, figura, son siempre inferiores al módulo de Young, E.
E1 = (d /d )1 << E tg 1 << tg
b) Los alargamientos conseguidos son remanentes, es
decir, no se recuperan cuando cesa el esfuerzo, como
se muestra en el. punto c del desarrollo
Ambas características se cumplen en todo el campo de
tensiones superiores al límite elástico lo que significa la
denominada zona plástica.
La respuesta plástica de un material metálico, se identifica por el carácter remanente de
la deformación, , que determina valores del módulo virtual E1 muy inferiores al de
Young E.
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El punto de máxima resistencia
corresponde al máximo absoluto de
F de la curva registrada F-L. En el
diagrama - este punto viene
determinado por:
Fm
La tensión máxima m es la denominada tensión de rotura o carga de rotura, R, y se
deduce a través de la sección nominal S0 ya que hasta ese momento del ensayo, la
sección de la probeta, aunque ha disminuido según deformaba el material, puede
considerarse constante.
La tensión de rotura, R, resistencia última, indica el final del comportamiento estable del
material; o identidad entre las cargas aplicadas y la reacción del material.
m = R = Fm/S0
m = (Lm - L0)/L0
Determinación del (UTS, " ultimate tensile strength ")
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Tenacidad del material
Al calcular la energía, Eo,
por unidad de volumen
absorbida por la probeta en
su fractura diferenciando la
que se absorbe con
distribución uniforme y la
que se realiza de forma
localizada, encontramos
que:
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ENSAYO DE TENSION-TRACCIÓN
• Esfuerzo de ingeniería:
= P/Ao
• Deformación de ingeniería:
(lf - lo)/ lo = l/ lo
Dr. Facundo Almeraya C. 19
Dr. Facundo Almeraya C.
(c)2
003 B
roo
ks/
Co
le, a
div
isio
n o
f T
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mso
n L
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ing,
Inc.
T
ho
mso
n L
earn
ing™
is
a tr
adem
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sed h
erei
n u
nder
lic
ense
.
Fuerza
Diámetro Longitud
de
prueba
Mordazas
Mordazas
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Dr. Facundo Almeraya C.
• El cuerpo de prueba (probeta para materiales metálicos)
• Observacción: existen numerosas geometrías de probetas (planas, cilíndricas,
etc.) con diversas dimensiones.
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Esquema de probetas que se utilizan en el ensayo de tracción
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Probetas normalizadas.
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Deformación
Esfu
erz
o
Que tipo de comportamiento es??
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Baja Temperatura
Alta Temperatura
Deformación
Esfu
erz
o
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Curva esfuerzo deformación para una aleación de aluminio
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Curvas tensión deformación de algunos metales y aleaciones
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Dr. Facundo Almeraya C.
Dr. Facundo Almeraya C.
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Ductilidad
Mide el grado de deformación que puede soportar un material sin romperse.
%Elongación = lf - lo
lo *100 Lf: Distancia entre marcas calibradas
después de la ruptura del material
% reducción de área = Ao - Af
Ao *100
Af: Área de la sección
transversal en la superficie
de fractura
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• Corrosión asistida por esfuerzo (SCC, Stress
Corrosion Cracking), es el agrietamiento de un metal
debido a la acción combinada de la corrosión
localizada y los esfuerzos tensiles (aplicados y
residuales).
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Prueba de deformación a velocidad de extensión constante (CERT)
Esta prueba consiste en someter la muestra a una carga de tensión, la cual se
realiza a velocidades sumamente lentas, típicamente de 10-6 a 10-12 cm/seg., mientras
el material se encuentra expuesto a un medio corrosivo, con las cuales se permite que
tanto la parte mecánica como la electroquímica actúen brindando condiciones reales de
corrosión y esfuerzo.
• Celda de prueba
•Transductor de velocidad de desplazamiento lineal (L.V.D.T.)
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Dimensionamiento de los especímenes para el ensayo
CERT, de acuerdo con la norma NACE TM-0177 96.
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0 1 2 3 4 5 6 7 8
0
200
400
600
800
1000
1200
Inerte
Sol Buffer
pH4
pH6
pH8
Ca
rga
(K
g)
Elongacion (mm)
Curvas de carga-elongación de el acero
API 5L-X52 expuesto en los medios evaluados.
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DIAGRAMA de McIntyre
¿ Se observo agrietamiento ambiental ?
No Si
Calcular la relación de RA ó Tf
Calcular la relación de RA ó Tf
>0.9 <0.9 <0.75 >0.75 0.5-0.75 <0.5
CAT I > 0.75 ¿ Picaduras,
corrosión
Gral. sobre
la sección reducida?
CAT III CAT IV CAT V
Volver a probar efecto de
velocidad de deformación
CAT II
Si No
CAT I CAT O
McIntyre. D.R. “Environmental cracking”. Process
Industries Corrosion - The theory and practice. Ed. Moniz
and Pollock, NACE. Houston, Texas.1986.
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Categoría I. Inmune: Materiales candidatos en esta categoría no muestran evidencia de crecimiento
de grietas inducidas por el ambiente en la examinación al microscopio. La
relación de ductilidad es igual o mayor que 0.9.
Categoría II. Prácticamente
inmune:
No hay evidencia de crecimiento de agrietamiento ambiental en la examinación
microscópica, en materiales que son prácticamente inmunes la reducción de la
relación de ductilidad es un 0.65 a 0.9.
Categoría III. Medianamente
susceptible:
Los materiales muestran crecimiento secundario de grietas poco profundas
solamente en la región de la sección del cuerpo. La relación de ductilidad es
0.75 a 0.95.
Categoría IV. Susceptibilidad
moderada:
Fracturas frágiles inducidas por el medio ambiente ocurren en la superficie final.
Grietas secundarias en la sección reducida y en la región del cuello. Los radios
de reducción están entre 0.5 y 0.75.
Categoría V. Susceptible: Fracturas frágiles inducidas por el medio ambiente predominantes en la
superficie final de la fractura en los materiales. Grietas secundarias extensivas
ocurren sobre el cuello las cuales pueden extenderse hacia abajo dentro de los
bordes. El cuello es altamente limitado o eliminado. Los radios de ductilidad son
menores a 0.5.
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Anillos de Deflexión
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No. de
Colada
Resultados
Falló No falló
Fractura
Hrs
Grietas
127852
127853
127854
127855
127856
127857
228277
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FRACTURAS
Dr. Facundo Almeraya C.
Es la separación de un sólido bajo tensión en dos o mas piezas. En general, la fractura metálica puede clasificarse en dúctil y frágil.
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Un material dúctil y un material frágil se comportan diferente
bajo la acción del tipo de carga aplicada.
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Factores que afectan la fractura Frágil-Dúctil
Factor Dúctil Frágil
Temperatura Alta Baja
Velocidad de Carga Baja Alta
Geometría Sin Concentración
de Esfuerzos
Con Concentración
de Esfuerzos
Tamaño Delgada Gruesa
Tipo de Carga Torsión Tracción/Compresión
Resistencia del
Material
Baja Alta
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Fractura dúctil y fractura frágil
Dr. Facundo Almeraya C.
Fractura dúctil ocurre después de una intensa deformación plástica y se caracteriza por una lenta propagación de la grieta. OCURRE POR DESLIZAMIENTO DE PLANOS, PRESENTANDO EL MATERIAL
ALTA ENERGÍA ABSORBIDA ANTES DE LA FRACTURA
Fractura frágil se produce a lo largo de planos cristalográficos llamados planos de fractura y tiene una rápida propagación de la grieta. OCURRE POR DESCOHESIÓN DE PLANOS, PRESENTANDO EL MATERIAL
BAJA ENERGÍA ABSORBIDA ANTES DE LA FRACTURA
Los procesos de fractura pueden ser considerados como conformados por dos etapas, inicio y propagación de grieta, en respuesta a una acción aplicada.
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Diferentes estados de la fractura
en forma de copa y cono
después durante un ensayo de
tracción (a) Cuello inicial. (b)
formación de pequeñas
cavidades. (c) coalescencia de
cavidades para formar grietas.
(d) propagación de grietas. (e)
fractura final por corte a 45° con
respecto a la dirección de
tracción.
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Fractura Dúctil
Cuello y líneas de estricción características de una fractura Dúctil
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Fractura tipo copa-cono, con la presencia de microcavidades
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(a) Fractura de un material
dúctil, el cuello de la
probeta es casi un punto.
(b) Fractura dúctil moderada
después de la formación
del cuello.
( c) fractura frágil sin
ninguna deformación
plástica
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 se propague intergranularmente. Las bajas
temperaturas y las altas deformaciones favorecen la fractura frágil.
Fractura Frágil
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Fractura Frágil
Tiene lugar sin apreciable deformación plástica y poca
absorción de energía de impacto .
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Mecanismos
de
fractura frágil:
Transgranular Intergranular
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Transgranular Intergranular
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Agrietamiento transgranular e intergranular
observados en el microscopio óptico
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La fractura dúctil es siempre preferida por dos razones:
1. La fractura frágil ocurre de forma súbita y catastrófica sin ningún síntoma
previo, esto es consecuencia de la propagación rápida y espontánea de la grieta,
en el caso de la fractura dúctil la presencia de deformación plástica es un síntoma
de que la fractura es inminente.
2. Para inducir la fractura dúctil se requiere más energía de deformación ya que
los materiales dúctiles generalmente son mas tenaces.
Bajo la acción de un fuerza aplicada tenemos:
La mayoría de los metales son dúctiles
Los cerámicos son notablemente frágiles
Los polímeros pueden exhibir ambos tipos de fractura
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Marcas Chevron
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FRACTURAS POR FATIGA
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ratchet marks
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Ratchet Marks
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Las marcas de playa y estrías son características de la superficie de fractura
por fatiga tienen apariencia similar, pero son diferentes en cuanto a su origen y
tamaño.
Marcas de playa - Macro Estrías - Micro
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Líneas, marcas de playa
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El incremento de esfuerzos
Efectos de la superficie
Factores de Diseño
Tratamientos térmicos
Efectos Ambientales (Corrosión)
Temperatura
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Dr. Facundo Almeraya C.
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Dr. Facundo Almeraya C.
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Fracturas por fatiga
http://www.failure-analysis.it/UK02140000.ASP?d=14
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Ausencia de deformación
Dr. Facundo Almeraya C.
FATIGA MECÁNICA DE UN EJE DE ACERO INOXIDABLE
Dr. Facundo Almeraya C.
FATIGA MECÁNICA DE UN EJE POR CARGA TORSIONAL
Dr. Facundo Almeraya C.
FATIGA MECÁNICA DE LA BIELA DE UN COMPRESOR
Dr. Facundo Almeraya C.
FATIGA MECÁNICA DE UN PERNO
Dr. Facundo Almeraya C.
FALLA POR FATIGA A FLEXIÓN
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Dr. Facundo Almeraya C.
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CASO A
Material: acero 17-4PH
Medio: evaluado en medio inerte
SUPERFICIES DE FRACTURA-CORROSION
CASO B
Material: acero 17-4PH
Medio: evaluado en medio agresivo
Dr. Facundo Almeraya C.
u Zona de fractura del
espécimen de acero 17-
7PH evaluado en NaCl
[20%] a 90°C; 20X.
u Superficies de fractura
del espécimen de
acero 17-7PH evaluado
en NaCl [20%] a 90°C.
Sección larga a) 80X y
sección corta b) 22X,
c) 1000X
a)
b) c)
Dr. Facundo Almeraya C.
u Zona de fractura del
espécimen de acero 17-
7PH evaluado en NaOH
[20%] a 90°C; 20X
u Superficies de fractura
del espécimen de
acero 17-7PH evaluado
en NaOH [20%] a 90°C.
Sección larga: a) 34X,
b) 1000X. Sección
corta b) 22X y c) 80X
a) b)
b) c)
Dr. Facundo Almeraya C.
u Zona de fractura del
espécimen de acero
acero 17-4PH evaluado
en NaOH [20%], 90°C;
20X
u Superficies de fractura
del espécimen de acero
17-4PH evaluado en
NaOH [20%] a 90°C.
Sección larga a) 33X, b)
300X y sección corta c)
33X, d) 300X.
a) b)
c) d)
Dr. Facundo Almeraya C.
• Gráficas de ruido en tres etapas del ensayo CERT; zona de falla (20X) y superficies de fractura del espécimen de acero 410 evaluado en NaCl [20%], pH=5, 90°C. Sección larga a) 33X, b) 300X y sección corta c) 33X, d) 300X
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
Serie de tiempo en potencial
Tiempo, seg
Pot
enci
al (m
V)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
Serie de tiempo en potencial
Tiempo, seg
Pot
enci
al (m
V)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Serie de tiempo en potencial
Tiempo, seg
Pot
enci
al (m
V)
a) b)
c) d)
Dr. Facundo Almeraya C.
ENSAYO DE DUREZA
Mide la resistencia de la superficie de un material
a la penetración por un objeto duro.
•Comparar o identificar materiales
- Reconocer especificaciones del material para su manufactura y
T.T.
- Control de calidad
- Relacionarla con otras propiedades:
- Conocer aproximadamente la resistencia al desgaste.
Dr. Facundo Almeraya C.
Dr. Facundo Almeraya C.
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ASTM E140 - 07 Standard Hardness Conversion Tables for Metals
Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell
Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope
Hardness
ASTM Standards
E10 Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials
E18 Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials
E29 Practice for Using Significant Digits in Test Data to Determine Conformance
with Specifications
E92 Test Method for Vickers Hardness of Metallic Materials
E384 Test Method for Microindentation Hardness of Materials
E448 Practice for Scleroscope Hardness Testing of Metallic Materials
Dr. Facundo Almeraya C.
La dureza es la caracterización de la deformación local concentrada en un pequeño volumen de la superficie exterior, de un material y representa la resistencia que opone el material al tratar de ser rayado o penetrado por otro.
Cuanto más fuerza se necesite para penetrar, más duro es el material.
El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso está muy extendido.
Dr. Facundo Almeraya C.
Esta prueba generalmente se utiliza imprimiendo en la muestra, una huella de
un indentador de geometría determinada, bajo una carga estática conocida
que se aplique directamente o por medio de un sistema de palanca.
Tipos comunes
de dureza con
indentadores
1.- Dureza Brinell
2.- Dureza Rockwell
3.- Dureza Vickers
Dr. Facundo Almeraya C.
ENSAYO ROCKWELL: Utiliza una pequeña bola de acero para
materiales blandos y un cono de diamante para materiales más duros.
-La profundidad de penetración es medida automáticamente por el
instrumento y se convierte a índice de dureza Rockwell (HR)
- Se utilizan diferentes variantes: HRC para aceros duros, HRF para
aluminio
Dr. Facundo Almeraya C.
Dureza Rockwell
El ensayo utiliza la profundidad de la penetración bajo carga constante,
como medida de la dureza.
La maquina de ensayo mide en forma automática la profundidad de
penetración del indentador, y la convierte en un número de dureza
Rockwell (HR)
Dr. Facundo Almeraya C.
El ensayo es aplicable a todo tipo de materiales metálicos:
a) Blandos. Se utiliza como penetrador una bola de acero templado, similar al
del ensayo Brinell.
b) Duros. Se utiliza como penetrador un cono de diamante de 120° de ángulo
de vértice redondeado en la punta. Se usan cargas normalizadas de 60, 100
y 150 kilogramos
c) Pequeños espesores en materiales blandos o duros. Es el caso de flejes,
chapas delgadas o también sobre capas endurecidas, cementadas o
nitruradas. En este supuesto se usa la modalidad de pequeñas cargas
especificadas en la norma, 3 kilogramos de precarga y 15, 30 o 45
kilogramos de carga. Se conoce este tipo de ensayos como Rockwell
superficial.
Dr. Facundo Almeraya C.
ESCALA CARGA (kg) PENETRADOR MATERIALES TIPICOS PROBADOS
A 60 Cono de diamante Materiales duros en extremo, carburos
de wolframio, etc.
B 100 Bola de 1/16"
Materiales de dureza media, aceros al
carbono bajos y medios, latón, bronce,
etc.
C 150 Cono de diamante Aceros endurecidos, aleaciones
endurecidas y revenidas.
D 100 Cono de diamante Acero superficialmente cementado.
E 100 Bola de 1/8" Hierro fundido, aleaciones de aluminio y
magnesio.
F 60 Bola de 1/16" Bronce y cobre recocidos.
G 150 Bola de 1/16" Cobre al berilio, bronce fosforoso, etc.
H 60 Bola de 1/8" Placa de aluminio.
K 150 Bola de 1/8" Hierro fundido, aleaciones de aluminio.
L 60 Bola de 1/4" Plásticos y metales suaves, como el
plomo.
Ensayos Rockwell normalizados.
Dr. Facundo Almeraya C.
Escalas de dureza Rockwell Superficial
Símbolo de la
escala Penetrador
Carga mayor
(kg) Aplicaciones
15N Diamante 15 Aceros nitrurados, cementados y herramientas de gran
dureza.
30N Diamante 30 Aplicaciones análogas al tipo anterior.
45N Diamante 45 Aplicaciones análogas al tipo anterior.
15T Bola de 1/16
pulgada 15 Bronce, latón y aceros blandos
30T Bola de 1/16
pulgada 30 Bronce, latón y aceros blandos
45T Bola de 1/16
pulgada 45 Bronce, latón y aceros blandos
15W Bola de 1/8
pulgada 15 Bronce, latón y aceros blandos
30W Bola de 1/8
pulgada 30 Bronce, latón y aceros blandos
45W Bola de 1/8
pulgada 45 Bronce, latón y aceros blandos
Dr. Facundo Almeraya C.
Dr. Facundo Almeraya C.
Dr. Facundo Almeraya C.
Y si desconozco su dureza de un material
o no se que material es??
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– El indentador es esférico. – El diámetro de la bola es de 10 mm. – Las cargas empleadas son: 500, 1500 y 3000 kg. – Debido al tamaño de la bola se emplea para materiales blandos. – La dureza Brinell (HB) se calcula a partir del diámetro de la huella
ENSAYO BRINELL:
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Una esfera de acero duro (10 mm diámetro) se oprime sobre la superficie.
Se mide el diámetro de la impresión (2-6 mm) y se calcula el índice de
dureza (HB, BHN) a partir de:
F: Carga aplicada (kg)
D: diámetro de penetrador (mm)
Di: diámetro de la impresión (mm)
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• Vickers
– El indentador es piramidal. – La punta del indentador es de diamante. – Ya que la geometría de la huella no varia con la carga, se emplean diversas cargas. – Puede emplearse para cualquier metal e incluso para cerámicas, siendo el ensayo de dureza que mayor rango de valores posee.
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22 L
P1,854
L
/2)(senP2VickersDureza
P: carga aplicada en kg
L: media de la longitud de las dos diagonales en mm
: ángulo formado por las caras opuestas de la pirámide diamante = 136º
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Efecto del contenido de carbono en la dureza de la martensita
en los aceros
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• Dureza de algunos materiales (Metales)
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• Dureza de algunos materiales (Cerámicas)
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• Dureza de algunos materiales (Polímeros)
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141
155
153
163
170
155
145
144
155
162
130
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Zona D
Zona B
Zona C
Zona A
Zona E
2 m
4 m
6 m
8 m
10 m
12 m
14 m
Durezas Recalentador 1 Unidad 2
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89.189.8
85.2
89.1
86.9
85.4
89.687.788.6
88.5
89.3
85.6
87.7
88.7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
DUREZAS HRB, CIRCUNFERENCIAL
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86.1
89.1
90.9
92.7
89.5
90.690.2
89.9
86.5 86.5
90.9
86.1
91.7
87.3
89.6
80
85
90
95
0 1 2 3 4 5 6 7 8
PUNTOS
DU
RE
ZA
HR
B
DUREZAS HRB, BORDE DE FALLA
DUREZAS HRB, CERCA DE FALLA
94.6
88.7 88.5
89.6
90.9
90 90.2
88.388.9
1 2 3 4 5 6 7 8 9
DUREZAS HRB, LARGO
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ENSAYO DE IMPACTO
ENSAYO CHARPY Evalúa la fragilidad de un material cuando se somete
a un golpe súbito e intenso con una alta velocidad de aplicación.
ENSAYO IZOD: Se aplica a materiales no metálicos. Las probetas pueden
tener o no muesca. La que tiene muesca en V mide la resistencia a la
propagación de grietas
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Ensayo Charpy (Impacto)
El ensayo consiste esencialmente de un martillo con una determinada energía que golpea una probeta entallada de dimensiones fijas, que registra la energía requerida para fracturar la probeta a una temperatura específica y además determina si se trató de una fractura dúctil o frágil.
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Las probetas pueden ser de formas variables. Estas
definen por si mismas tipos de ensayo como el Charpy
en U o en V, e Izod.
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La diferencia de alturas permite medir la diferencia de energía potencial
(ENERGÍA DE IMPACTO) absorbida durante la falla.
-Charpy: lb . Pie ó Joules (1 lb .pie = 1.356 J)
- Izod: lb .pie / plg ó J/m
TENACIDAD: CAPACIDAD DE UN MATERIAL
PARA RESISTIR CARGAS DE IMPACTO
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• La probeta posee un entalle estándar para facilitar el inicio de la
fisura.
• Las probetas que fallan en forma frágil se rompen en dos mitades,
en cambio aquellas con mayor ductilidad se doblan sin romperse.
Fotografías de probetas,
antes y después del
ensayo
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Propiedades que se obtienen en el ensayo de impacto:
Temperatura de transición de dúctil a frágil: es aquella a la cual un
material cambia de un comportamiento dúctil a un comportamiento
frágil.
Un material sujeto a cargas de impacto durante las condiciones de
servicio deberá tener una temperatura de transición por debajo de la
temperatura de operación determinada por el ambiente que rodea al
material.
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Temperatura de transición: Temperatura a la cual un
material cambia de comportamiento dúctil a frágil
Un material sujeto a cargas de
impacto deberá tener una
temperatura de transición por
debajo de la temperatura de
operación.
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El hundimiento del Titanic en el año 1912. El acero utilizado en su
construcción era el mejor de su época. Sin embargo, hoy en día no pasaría
las pruebas más elementales de calidad, producto del alto contenido de
impurezas que contenía. El alto contenido de impurezas provoca que la
resistencia del acero a la fractura sea baja, y especialmente en
condiciones de baja temperatura su ductilidad se ve reducida. Por lo
cual todos estos factores influyeron negativamente al ocurrir el impacto del
Titanic con el iceberg en aguas heladas, lo que conllevó a su posterior
hundimiento.
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http://amazings.es/2012/04/14/la-ciencia-del-titanic/
El casco, como era el estándar, estaba hecho de acero de carbono (acero con un contenido máximo de
0.35% de carbono, 0.7% de manganeso y silicio, 0.5%) y contaba con más de tres millones de
remaches de acero y de hierro forjado, los cuales sólo pudieron ser utilizados en las tres quintas
partes de la estructura del buque.
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X
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El año 1986, fue la explosión del
trasbordador Challenger. En
este caso la baja resiliencia
(capacidad de absorcion de energía
en la zona elástica de la curva
esfuerzo-deformación) de los anillos
(polímeros elastómeros) que
cumplían la función de sellar las
zonas seccionadas de los
cohetes propulsores, produjeron
que los gases generados por la
combustión salieran al exterior e
incidieran en el tanque de
combustible principal, lo cual
provoco la explosión del Challenger.
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polímeros elastómeros
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La mecánica de la fractura es la disciplina que se enfoca al estudio
del comportamiento de materiales con fisuras u otros pequeños
defectos.
Es cierto que todos los materiales tienen algunos defectos. Lo que
se desea saber es el esfuerzo máximo que puede soportar un
material. si contiene defectos de un cierto tamaño y geometría.
La tenacidad a la fractura mide la capacidad de un material que
contiene un defecto, a resistir una carga aplicada. A diferencia de
los resultados del ensayo de impacto, la tenacidad a la fractura es
una propiedad cuantitativa del material.
TENACIDAD A LA FRACTURA
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La importancia dela mecánica de la fractura.
La mecánica de la fractura permite diseñar y seleccionar materiales y al mismo
tiempo tomar en consideración la inevitable presencia de defectos.
Se deben considerar tres variables: la propiedad del material (K, o K,), el
esfuerzo a que debe resistir el material y el tamaño del defecto a. Si se
conocen dos de estas variables, se puede determinar la tercera.
Selección de un material Si se conoce el tamaño máximo a de los defectos en
el material y la magnitud del esfuerzo aplicado, se puede seleccionar un
material que tenga una tenacidad K, o K,, a la fractura lo suficientemente
grande para que impida que el defecto crezca.
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El ensayo se realiza aplicando un esfuerzo de tensión a una probeta con un
defecto de tamaño y geometría conocidos que actúa como un concentrador
de esfuerzos. El FACTOR DE INTENSIDAD DE ESFUERZO (K) es:
f: Factor geométrico (=1), : esfuerzo aplicado, a: tamaño del defecto
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TENACIDAD A LA FRACTURA (KC): Es el valor de K que hace
que un defecto crezca y produzca la falla. Es un factor de
intensidad de esfuerzo crítico.
KC = K requerido para que una grieta se propague
-KC depende del espesor de la probeta: disminuye a medida que
aumenta el espesor hasta alcanzar un valor constante: KIc:
TENACIDAD A LA FRACTURA EN DEFORMACIÓN PLANA
- KIc: Se reporta como una propiedad del material
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Factores que afectan la tenacidad a la fractura:
Defectos grandes reducen el esfuerzo permitido.
La capacidad de deformación: Materiales dúctiles el material
cerca del extremo del defecto se puede deformar redondeando la
grieta. A mayor resistencia, menor ductilidad y menor KIC.
A mayor velocidad de aplicación de la carga, menor KIC.
Al aumentar la T aumenta KIC.
Un menor tamaño de grano mejora la KIC
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ENSAYO DE FATIGA
Cuando el material falla bajo la aplicación cíclica de un esfuerzo
inferior al esfuerzo de cedencia del material: FALLA POR
FATIGA!!!
- Esta falla ocurre en tres etapas:
a) se inicia una grieta minúscula en la superficie
b) propagación de la grieta
c) fractura súbita cuando la sección transversal del material es
demasiado pequeña para soportar la carga
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Donde l: longitud de la barra, F: carga, d: diámetro
ENSAYO DE LA VIGA EN VOLADIZO: El esfuerzo máximo que actúa
en este tipo de probeta está dado por:
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