Tipos De Ensayo Para Materiales 5g2s4e
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TIPOS DE ENSAYOS PARA MATERIALES
EDUARDO ÁNDRES DÍAZ CEPEDA DEISSY CAROLINA FUENTES RUSSI MARÍA CAMILA CASTAÑEDA SUAREZ
Consulta
Eric Viana Buendía Ingeniero Mecánico
UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL RESISTENCIA DE MATERIALES BOGOTÁ 2016
CONTENIDO
Pág. 1. INTRODUCCION
11
2. OBJETIVOS
12
2.1 OBJETIVO GENERAL
12
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
12
3. CONSULTA
13
3.1 NORMAS ASTM
13
3.2 TIPOS DE ENSAYO
13
3.2.1 DESTRUCTIVOS
13
3.2.1.1 ENSAYO DE TRACCIÓN
14
3.2.1.2 ENSAYO DE COMPRESIÓN
18
3.2.1.3 ENSAYO DE PLEGADO
22
3.2.1.4 ENSAYO DE DUREZA
24
3.2.1.5 ENSAYO DE FLUENCIA
29
3.2.1.6 ENSAYO DE IMPACTO
31
3.2.2 NO DESTRUCTIVOS
32
3.2.2.1 INSPECCIÓN POR ULTRASONIDO
32
3.2.2.2 INSPECCIÓN VISUAL
38
3.2.2.3 ENSAYO DE LIQUIDOS PENETRANTES
42
3.2.2.4 ENSAYO DE PARTICULAS MAGNETICAS
44
4. CONCLUSIONES
47
5. BIBLIOGRAFIA
50
2
LISTA DE TABLAS
Pág. Tabla 1. Normas ASTM más representativas para métodos de ensayo.
13
Tabla 2. Regiones de curva de esfuerzo/deformación.
16
Tabla 3. Dimensiones sugeridas para probetas de compresión.
18
Tabla 4. Resumen de modos de deformación.
21
Tabla 5. Aplicación de ensayos de dureza
24
Tabla 6. Tipos de penetrador en el ensayo de Rockwell.
26
Tabla 7. Dim. penetrador en ensayo de Vickers y número de dureza HV.
27
Tabla 8. Dim. penetrador en ensayo de Knoop y número de dureza HK.
27
Tabla 9. Escala de dureza de Mohs.
28
Tabla 10. Esquema de líquidos penetrantes.
44
3
LISTA DE GRÁFICAS Pág. Gráfica 1. Curva de representación de esfuerzo/deformación.
16
Gráfica 2. Resistencia a la conformación compensatoria.
18
Gráfica 3. Determinación de la fuerza límite de proporcionalidad.
21
Gráfica 4. Representación de la deformación / tiempo ensayo de fluencia
30
4
LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Probeta para ensayo de tracción.
14
Figura 2. Máquina de ensayo de tracción
15
Figura 3. Evaluación de probeta durante ensayo de tracción.
15
Figura 4. Probetas de materiales metálicos de formas no similares.
19
Figura 5. Máquina de compresión.
19
Figura 6. Materiales sometidos a compresión.
20
Figura 7. Probeta para ensayo de plegado.
22
Figura 8. Dispositivos de pruebas de plegado.
23
Figura 9. Procedimientos de plegado.
23
Figura 10. Durómetro.
25
Figura 11. Dureza de Brinell.
26
Figura 12. Comparación de escalas de dureza.
28
Figura 13. Dispositivos de ensayos de fluencia.
29
Figura 14. Ensayo de fluencia.
30
Figura 15. Péndulo de Charpy.
31
Figura 16. Procedimiento de ensayo de impacto.
32
Figura 17. Sistema ultrasónico de transmisión pulso-eco.
33
Figura 18. Tipos de cables coaxiales.
34 5
Figura 19. Partes del transductor.
34
Figura 20. Técnica eco-pulso.
35
Figura 21. Técnica de transmisión a través.
36
Figura 22. Técnica de haz angular.
36
Figura 23. Técnica de transductores duales.
37
Figura 24. Técnica de picha y cacha.
37
Figura 25. Inspección visual directa.
39
Figura 26. Inspección visual remota.
39
Figura 27. Boroscopio.
40
Figura 28. Videoscopio.
40
Figura 29. Fibroscopio.
41
Figura 30. Vista según la inspección visual remota.
42
Figura 31. Proceso de ensayo de líquidos penetrantes.
43
Figura 32. Esquema del ensayo de partículas magnéticas.
45
Figura 33. Yugo magnético.
45
Figura 34. Ensayo de partículas magnéticas.
46
6
GLOSARIO
ADELGAZAMIENTO: Disminución del área de la sección transversal que ocurre después de alcanzar la tensión tractiva de rotura instantes previos a la fractura del material. ANISOTROPÍA: Material Anisótropo: característica de un material según la cual sus propiedades son diferentes en distintas direcciones. CAPACIDAD CALORÍFICA ESPECÍFICA: Es la razón de calor almacenado por masa a cambio en la temperatura del material. CERÁMICA: material compuesto de elementos metálicos y no metálicos. COEFICIENTE DE DILATACIÓN TÉRMICA: razón de alargamiento de un material con relación al incremento de temperatura COEFICIENTE DE POISSON: valor absoluto de la relación entre la deformación unitaria normal transversal y la deformación unitaria axial CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: capacidad de un material para transmitir calor. DEFORMACIÓN ELÁSTICA: Región en una curva de esfuerzo/deformación en la cual no suceden cambios permanentes al material. DEFORMACIÓN INGENIERIL: Propiedad que se determina al medir el cambio de longitud inicial de una muestra. DEFORMACIÓN PLÁSTICA: Región de una curva de esfuerzo/deformación en la cual el material ha experimentado un cambio del cual no se recuperará por completo DENSIDAD: masa por unidad de volumen de un sólido. DUCTILIDAD: capacidad de deformación plástica de un material antes de su rotura. Un material se considera dúctil cuando puede soportar alargamientos mayores al 5%.
7
DUREZA: Resistencia de la superficie de un material a la penetración de un objeto duro bajo una fuerza estática. ELASTÓMEROS: polímeros con una cantidad intermedia de enlaces cruzados. ENERGÍA ELÁSTICA: Representa la energía que puede absorber el material antes de deformarse en forma permanente. ENDURECIMIENTO POR DEFORMACIÓN UNITARIA: aumento de la dureza y la resistencia de un material dúctil al ser deformado plásticamente. ESFUERZO REAL: Proporción de fuera aplicada a una muestra y el área transversal instantánea de una muestra. ESFUERZO INGENIERIL: Proporción de la carga aplicada a un área de sección trasversal. ESTRICCIÓN: Disminución repentina en el área transversal de la región de una muestra bajo una carga de tracción. FATIGA: Es la falla debido conformación.
las tensiones repetidas bajo la resistencia a la
FLUENCIA: inicio de la deformación plástica. FRAGILIDAD: Propiedad del material se rompe sin mayor deformación plástica. Un material se considera frágil cuando se fractura con alargamientos menores al 5%. Homogeneidad material: calidad de invariabilidad de las propiedades de un material en cada uno de los puntos constituyentes. ISOTROPÍA: característica de un material según la cual sus propiedades son iguales en distintas direcciones. LÍMITE DE PROPORCIONALIDAD: tensión por encima de la cual desaparece la linealidad entre las tensiones y las deformaciones. LÍMITE ELÁSTICO: Tensión por encima de la cual el material recibe deformación permanente.
8
MATERIALES COMPUESTOS: son combinaciones de dos o más componentes. Normalmente están formados por resinas poliméricas reforzados con fibras o inclusiones. MÓDULO DE ELASTICIDAD LONGITUDINAL: es la constante proporcionalidad entre las tensiones normales y las deformaciones normales.
de
MÓDULO DE ELASTICIDAD TANGENCIAL: ídem anterior pero entre tensiones y deformaciones tangenciales. ORTOTROPÍA: característica de un material según la cual sus propiedades son diferentes en direcciones perpendiculares entre sí. POLÍMEROS: Compuestos plásticos de carbono y otros elementos químicos que forman moléculas en largas cadenas. RESILIENCIA: Capacidad de un material para liberar la energía absorbida en el proceso de deformación. RESISTENCIA A LA CONFORMACIÓN: Tensión en el punto de transición entre la deformación elástica y la plástica. RESISTENCIA A LA FLEXIÓN: Cantidad de esfuerzo de flexión que un material puede soportar antes de romperse. La cual se mide a través del ensayo de plegado. RESISTENCIA A LA RUPTURA: Tensión en la cual el material se rompe completamente durante el ensayo de tracción. RESISTENCIA A LA TRACCIÓN: Tensión aplicada a la fuerza más alta en una curva de esfuerzo/deformación. TENACIDAD: capacidad de un material para absorber energía de deformación hasta su rotura. Materiales Termo fraguados: polímeros que tienen una estructura altamente entrecruzada. Materiales Termoplásticos: Polímeros sin enlaces cruzados. TENSIONES DE APERTURA: Tensiones que actúan perpendicularmente a la dirección de la grieta, provocando que las orillas de la grieta se separen y abran más la grieta. 9
VIDA DE FATIGA: Número de ciclos a un nivel de tensión dado que un material puede experimentar antes de fallar.
10
1. INTRODUCCIÓN
La presente consulta se refiere al tema de los tipos de ensayos realizados en los materiales, los cuales pueden ser destructivos cuando deforman el material, o no destructivos cuando permiten realizar la inspección sin perjudicar el posterior empleo del producto, por lo que permiten revisar la totalidad de la producción si fuera necesario. Esta consulta se realiza con el fin de conocer a fondo tanto las normas ASTM como las probetas utilizadas en los ensayos regidas por estas; Para entender los conceptos anteriores se mostrara tanto el proceso y las características como la funcionalidad y aplicación de cada tipo de ensayo.
11
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL Conocer los tipos de ensayos practicados en materiales. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer las normas ASTM. Explicar los procedimientos para los diferentes tipos de ensayos Identificar las maquinas utilizadas para los ensayos. Comprender datos y diagramas generados en los ensayos. Exponer las propiedades mecánicas generadas por los tipos de ensayos.
12
3. CONSULTA
3.1 NORMAS ASTM Las normas ASTM (American Society for Testing and Materials), son lineamientos que proporcionan los procedimientos detallados para los ensayos a fin de asegurar que sean directamente comparables.
Tabla 1. Normas ASTM más representativas para métodos de ensayo Tipo de ensayo Tracción, superficies de concreto Tracción, materiales metálicos Tracción, compuestos de matriz metálica Tracción, compuestos de matriz polimérica Tracción, fibras textiles sencillas Compresión, metales Compresión, cerámicas de fibra reforzada Compresión, concreto Compresión, compuestos Ensayo de plegado, cerámicas Dureza Brinell Dureza Rockwell Fluencia, cerámicas Fractura de fluencia, metales Crecimiento de una grieta por fluencia, metales Impacto Izod, plásticos mellados Impacto Charpy, plásticos mellados Prueba de fatiga en materiales homogéneos
Norma ASTM C1355 E8M D3552 D4762 D3822 E209 WK3484 C116 D3410 C1421 E10 E18 C1291 E139 E1457 D256 D6110 E606
3.2 TIPOS DE ENSAYOS 3.2.1 Ensayos destructivos
Son ensayos en los que se produce una rotura o daño sustancial en la estructura del material. 13
3.2.1.1 Ensayo de Tracción.
Método utilizado para determinar la resistencia a la tracción, la resistencia a la ruptura y la resistencia a la conformación de una muestra.
Probeta: Se usa generalmente la E8M según la ASTM
Figura 1. Probeta para ensayo de tracción
Maquinaria: Se usa la máquina para de ensayos de tracción. Esta máquina está compuesta por tornillos dobles, una placa fija, placa móvil, dispositivo de desaceleración, sistema de regulación de la velocidad, gabinete de control, zona de torsión, software y otros dispositivos auxiliares. La fuerza que actúa sobre la probeta se 14
registra en un gráfico en el registrador a la izquierda de la figura 2, también se registra la deformación mediante un extensómetro sujeto a la probeta.
Figura 2. Máquina para ensayo de tracción
Procedimiento El procedimiento consiste en asegurar el material entre un par de abrazaderas. La abrazadera superior está sujeta a una barra fija y a una celda de carga. La abrazadera inferior está sujeta a una barra móvil que lentamente empuja el material hacia abajo. La celda de carga registra la fuerza y el extensómetro registra el alargamiento de la muestra.
Gracias a los datos de fuerza y alargamiento obtenidos, se pueden calcular cantidades como el esfuerzo ingenieril y la deformación Figura 3. Evaluación de probeta durante ensayo de tracción ingenieril.
15
σ=
F Ao
∈=
l−l 0 l0
Donde (σ) es esfuerzo ingenieril, (F) es la fuerza medida y (Ao) es el área de la sección transversal inicial de l muestra Donde (ϵ) es deformación ingenieril, (l) es la longitud de la muestra alargada y (lo) es la longitud inicial de la muestra
Gráfica 1. Curva representativa de esfuerzo/deformación.
Tabla de 2. Regiones de de curva de esfuerzo/deformación. La pendiente la curva esfuerzo/deformación proporciona una cantidad que tiene tres nombres diferentes, Módulo de elasticidad (E), Módulo de tracción o Módulo de Young.
E=
∆σ ∆∈
Donde (E) es módulo de elasticidad, (∆σ) es el desplazamiento del esfuerzo ingenieril, y (∆∈) es el desplazamiento de la deformación ingenieril.
16
Para materiales que despliegan un comportamiento elástico lineal la energía elástica está dada por: e
E=
σy 2
Donde (eE) es energía elástica y (σy) es el esfuerzo ingenieril en y.
El módulo de resiliencia determina cuánta energía se puede utilizar para la deformación y cuánta puede ser traducida al movimiento Donde (Er) es módulo de resiliencia, (eE) es energía elástica, y e Er = E (∈y) es la deformación ingenieril en y. ∈y Mientras que un material se deforma longitudinalmente (se estira), también pasa por una deformación lateral simultanea (encogimiento), y esta relación está dada por el coeficiente de Poisson. μ=
−∈ lateral ∈longitudinal
Donde (μ) es el coeficiente de Poisson.
La cantidad de deformación que un material soporta sin romperse se llama ductilidad. Se utilizan dos medidas para evaluar la ductilidad, el porcentaje de elongación y el porcentaje de reducción en el área. de elongación=100
∗l f −l o lo
de reduccipón en el área=100
∗A f − A o Ao
La resistencia a la conformación compensatoria de determina al calcular la pendiente inicial de la curva esfuerzo/deformación, y posteriormente dibujar una línea igual a la pendiente que inicial en el valor de deformación de 0.002.
17
3.2.1.2 Ensayo de Compresión. Gráfica 2. Resistencia a la conformación compensatoria
Método de ensayo que consiste en aplicar una carga axial de compresión gradualmente creciente a una probeta estándar hasta que ocurra la fractura. Se toma nota de carga y acortamiento.
Probeta: Se usa con las siguiente especificaciones
Tabla 3. Dimensiones sugeridas para las probetas de compresión
18
Figura 4. Probeta de materiales metálicos de formas no similares
Maquinaria: Se usa la máquina de compresión la cual consiste de un equipo principal, una fuente hidráulica, un controlador y un sistema de control computarizado.
Figura 5. Máquina de compresión
Procedimiento: Para obtener las propiedades mecánicas a compresión de los materiales de las probetas, se debe someter éstas a 19
compresión axial, medir las variables: fuerza y acortamiento, a incrementos conocidos de fuerza o deformación. Con los datos obtenidos construir los gráficos Fuerza vs Acortamiento, y Fuerza vs Deformación. Y por último realizar un tratamiento gráfico de éstos para obtener los parámetros buscados de esfuerzos.
Figura 6. Materiales sometidos a compresión
La resistencia a la compresión está dada por: σ
c=
F A
Donde (σc) es la resistencia a la compresión, (F) es la fuerza aplicada y (A) es el área de la probeta donde se aplica la fuerza.
La deformación se calcula así: δ=
F∗L E∗A
Donde (δ) es la deformación, (F) es la fuerza aplicada, (L) es la longitud de la probeta, (A) es el área de la probeta donde se aplica la fuerza, (E) es el módulo de elasticidad
La fuerza límite de proporcionalidad, se determina por el punto donde comienza la divergencia entre la curva de compresión y la continuidad del segmento rectilíneo, el valor de este se da cuando la desviación de la dependencia lineal entre carga y alargamiento alcanza el 50%.
20
Gráfica 3. Determinación de la fuerza límite de proporcionalidad (Fp)
El ensayo de compresión permite un examen directo del modo de deformación, la cual puede ser curveada cuando L/D es mayor a 5, de corte cundo L/D esta entre 2.5 y 5, de doble barril cuando hay fricción al o con la superficie L/D mayor a 2, de doble barril cuando hay fricción al o con la superficie L/D menor a 2, de compresión homogénea cuando L/D es menor a 2 ó de inestabilidad de compresión.
Tabla 4. Resumen de los modos de deformación
21
3.2.1.3 Ensayo de Plegado Método utilizado para probar materiales frágiles. En el momento que muestra comienza a deformarse bajo un fuerza aplicada, la parte inferior experimenta una tensión a la tracción mientras que la parte superior experimento una tensión de compresión.
Probetas: Se utiliza los siguientes requerimientos
Figura 7. Probeta para ensayo de plegado
Maquinaria: En la maquina universal de ensayos se tiene un dispositivo para pruebas de plegado. El material se coloca entre los soportes cilíndricos, aplicando la carga lentamente hasta obtener el ángulo de plegado especificado para el mismo, o bien cuando se observa la aparición de las primeras fisuras en la cara inferior o la sometida a tracción.
22
Figura 8. Dispositivo para pruebas de plegado.
Procedimiento:
Generalmente el plegado se obtiene en dos etapas y se realiza con un ángulo de 180º. Colocando el material en el dispositivo anterior se efectúa el flexionamiento hasta un determinado ángulo. Se termina la operación con los platos de compresión hasta lograr un ángulo de 180º. El ensayo dará resultado satisfactorio o, en otras palabras, el material será aceptado “si no presenta sobre su parte estirada grietas o resquebrajaduras a simple vista.
Figura 9. Procedimiento de plegado
La resistencia a la flexión de la muestra se define como: 23
σ
f=
Donde (σf) es la resistencia a la flexión, (Ff) es la carga de falla, (L) es la distancia entre los dos rodillos, (w) es el ancho de la muestra y (h) es el grosor de l muestra
3Ff L 2w h
2
El módulo de flexión en la región elástica se define como:
Ef =
Ff L
3
3
4wh δ
Donde (δ) es la cantidad de desviación experimentada por el material durante el doblado
3.2.1.4 Ensayo de Dureza Este ensayo permite determinar la resistencia de los materiales a la deformación plástica sobre la superficie de la muestra o en su sección. Existen varios ensayos de dureza, pero los más relevantes son: dureza de Britney, dureza de Rockwell, dureza de Shore, dureza de Vieres, dureza de Morh, dureza de Knoop y dureza de Leeb.
Tabla 5. Aplicación de los ensayos de dureza
Maquinaria: El durómetro es el aparato que se utiliza para determinar durezas. Posee un soporte plano de acero que se encontrará fijado 24
simétricamente debajo del penetrador, un indicador dial de dureza, una palanca lateral , una manilla giratoria para elevar el soporte rígido, un indicador de escala y un tornillo regulador de escala, permite ajustar la maquina a la escala deseada.
Figura 10. Durómetro
Procedimiento: Dureza de Brinell: Se fuerza un penetrador duro esférico en la superficie del material a ensayar. El penetrador es una bola de acero endurecido o de carburo de tungsteno de 10 mm de diámetro. Las cargas normalizadas están definidas entre 500 y 3000 kg, incrementándose de a 500 kg. Durante el ensayo, la carga se mantiene constante durante un tiempo que va de entre 10 a 30 segundos. F HB= π D(D−√ D2−D2i ) 2
()
Donde (F) es la carga aplicada en Kg, (D) es el diámetro de la esfera y (Di) es el diámetro de la impresión que dejo la esfera en el material de ensayo en mm.
25
Dureza de Rockwell:Figura Consiste en aplicar primero una carga inicial 11. Dureza de Brinell pequeña, lo que aumenta la exactitud de la medida, y después una carga mayor. Basándose en la magnitud de las cargas mayores y menores, existen dos tipos de ensayos: Rockwell y Rockwell superficial. En la siguiente tabla se especifican las cargas utilizadas para ambos ensayos:
Dureza deTabla Vickers: 6. TiposEl de penetradores principio fundamental para ensayo Rockwell es observar la habilidad que tiene el material indentado de resistir la deformación plástica. Las cargas aplicadas van de 1 a 1000 g, por lo cual este ensayo es considerado de micro dureza. La marca resultante se observa al microscopio y se mide, esta medida es convertida a un 26
número de dureza que se identifica con HV (Número Pirámide Vickers) o DPH (Número Pirámide de Diamante Vickers). Es necesario que la superficie de la muestra haya sido preparada con desbaste y pulido.
Tabla 7. Dimensiones del penetrador de Vickers y número de dureza HV
Dureza de Knoop: Básicamente el penetrador también es una pirámide de diamante, pero de forma algo diferente. El método Knoop responde muy bien a materiales frágiles, como cerámicos. En el durómetro Knoop la indentación resultante es medida también por un microscopio. La ventaja de este ensayo reside en que sólo una muestra muy pequeña del material es necesaria para poder realizarlo.
Tabla 8. Dimensiones del penetrador de Knoop y número de dureza HK
Dureza de Morh: Los primeros ensayos de dureza se basaron en el comportamiento de los minerales según su capacidad de rayar a otro más blando. Para ello se definió una escala llamada Mohs, cuyos valores van del 1 al 10, donde el 1 representaba al talco y el 10 al diamante. 27
Tabla 9. Escala de dureza de Moh.
Figura 12. Comparación de escalas de dureza
3.2.1.5 Ensayo de Fluencia Los ensayos de fluencia se realizan para analizar las características resistentes de los materiales en las condiciones que muestran un comportamiento visco elástico el cual es característico de materiales plásticos a temperatura, incluida la ambiente; y también materiales metálicos en ciertos rangos de temperaturas. 28
Maquinaria: Se usa una máquina de ensayos de tracción provista de un horno, contenedor de la probeta, con control de la temperatura de ensayo. Para realizar este ensayo hay dos dispositivos fundamentales, el bastidor de fluencia y el horno de fluencia que están dispuestos de la siguiente manera:
Figura 13. Dispositivos para ensayo de fluencia
Procedimiento: Se marca la longitud de la probeta con dos granetazos separados l0 mm, luego se monta la probeta en las mordazas de la prensa y en el interior del horno de calentamiento, se efectúa la elevación de temperatura hasta alcanzar la temperatura de ensayo, Te, posteriormente se eleva la carga de la prensa hasta el nivel requerido, Fi, en el que se obtiene respuesta de fluencia en el material, y mantener la carga hasta la fractura, se registran para cada ensayo la sucesión de los valores de las variables Fi, DL, Te y t. y se repite el ensayo para otras combinaciones de las variables Te y Fi.
29
Figura 14. Ensayo de fluencia.
El rango de fluencia es el cambio en cualquier punto de la pendiente de la curva de deformación/tiempo. C=
∆∈ Donde (C) es el rango de fluencia, ( ∆ ) es el desplazamiento de la ∈ ∆t deformación y ( ∆ t ) es el desplazamiento del tiempo.
Grafica 4. Representación de deformación vs tiempo en un ensayo de fluencia.
El parámetro de Larson-Miller (LM) se usa para caracterizar el comportamiento de la fluencia. LM =
T ( A+ B∈t) 1000
Donde (LM) es el parámetro de Larson-Miller, (T) es temperatura en Kelvin, (A y B) son constantes y (t) es el tiempo de ruptura en minutos
30
3.2.1.6 Ensayo de Impacto Método utilizado para determinar la tenacidad de un material. En ensayos de impacto hay dos tipos de ensayo que son relevantes, el ensayo de Charpy y el ensayo de Izod.
Probetas: Para este ensayo se utilizan probeta de 10X10X55mm de entalladura V, U y de Ojo de cerradura.
.Maquinaria: Se utiliza el péndulo de impacto el cual tiene un péndulo que cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el área debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia.
Figura 15. Péndulo de Charpy.
Procedimiento: Se pesan las probetas, luego se eleva el péndulo y se engatilla para ser liberado luego de 3 vaivenes, posteriormente se 31
instala la probeta y se repite lo mencionado anteriormente, se calcula la energía cinética aplicada a las probetas y la energía invertida posteriormente.
La energíaFigura de impacto es la mismaensayo pérdidade enimpacto la energía potencial entre 16. Procedimiento los estados inicial y final. e l=mg(h −h ) 0
f
Donde (el) es energía de impacto, (m) es la masa del martillo, y (g) es la gravedad.
3.2.2 Ensayos no destructivos
Son ensayos en los que no se altera de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales. 3.2.2.1 Ensayo de inspección por ultrasonido El método de Ultrasonido se basa en la generación, propagación y detección de ondas elásticas (sonido) a través de los materiales, ya que por principio las ondas ultrasónicas pueden propagarse a través de todos los medios donde exista materia. Es una prueba confiable y rápida, que emplea ondas sonoras de alta frecuencia (0.25 a 25 MHz) producidas.
32
Maquinaria: El sistema que se usa hoy en día es el de transmisión pulso-eco, el cual posee un transductor(dispositivo encargado de convertir una energía de entrada en otra diferente de salida),que se clasifican según la forma de propagar el haz ultrasónico (haz recto o angular), la técnica de inspección (de o o inmersión), el número de cristales (uno o dos cristales, dual o multicristal), el grado de amortiguamiento (banda ancha, angosta o de amortiguamiento interno) y según aplicaciones especiales(Transductores libres, supe amortiguados, puntuales, periscópicos, o con línea de retardo). También posee un cable coaxial, que une el instrumento con el transductor, puede ser Microdot (para transductores pequeños con rosca), BNC (de medio giro), UHF (para alta frecuencia, usado en inmersión), Lemo (de media presión), o Tuchel (actualmente fuera de uso).
Figura 17. Sistema ultrasónico de transmisión pulso-eco.
Figura 18. Tipos de cables coaxiales.
33
Los acopiantes usados Figura para 19. la Partes inspección por o son agua, del transductor. aceites, glicerina, grasas de petróleo, grasas de Silicón, pasta de tapiz y varias sustancias comerciales tipo pasta; Estos acopiantes se usan para transmitir el ultrasonido entre el transductor y la pieza de prueba, este puede ser líquido, semilíquido o pastoso.
Procedimiento: La realización del ensayo por ultrasonido requiere una serie de etapas, las cuales deben ser realizadas por personal altamente capacitado y entrenado en este ensayo. Ya que la inspección ultrasónica se basa en un fenómeno mecánico, se puede adaptar para que pueda determinarse la integridad estructural de los materiales de ingeniería. Sus principales aplicaciones consisten en:
Detección y caracterización de discontinuidades. Medición de espesores, extensión y grado de corrosión. Determinación de características físicas, tales como: estructura metalúrgica, tamaño de grano y constantes elásticas. Definir características de enlaces (uniones). Evaluación de la influencia de variables de proceso en el material. Las principales ventajas de este ensayo son: Elevada sensibilidad de detección. Poca dependencia de la geometría de la pieza, bastando el a una sola cara. 34
Posibilidad de inspeccionar volumétricamente el material. Rapidez del examen y resultado inmediato. Utilización de equipos portátiles. Existen varias técnicas para realizar este ensayo:
Técnica pulso-eco: Se utiliza un solo transductor que envía y recibe el pulso (transmisor-receptor), por lo que requiere a una sola superficie.
Técnica de transmisión a través: Se utiliza un transmisor y un Figura 20.Técnica pulso-eco receptor y se encuentran localizados en superficies opuestas.
Figura 21. Técnica de transmisión a través.
35
Técnica con haz angular: Se utiliza para transmitir un haz angular predeterminado de prueba, de acuerdo el ángulo de incidencia se dan las ondas producidas dentro del material (transversal, superficial y longitudinal).
22.Técnicaduales: con haz angular Técnica conFigura transductores Se usa para incrementar la resolución, el elemento doble permite que la función del cristal receptor se encuentre en electrónica y acústicamente aislado de los efectos del pulso de excitación. Los transductores miden el espesor y descubren los defectos y corrosión en materiales delgados.
Técnica de picha y cacha: Se utilizan dos transductores, uno envía el pulso y otro lo recibe, amos transductores se localizan 23. Técnica de transductores duales. en la mismaFigura superficie.
36
Figura 24. Técnica de picha y cacha.
3.2.2.2 Ensayo de inspección visual.
Es el método más básico y frecuente, ya que se puede obtener información inmediata de la condición superficial de los materiales que se estén inspeccionando, con el simple uso del ojo humano y en algunos casos, con la ayuda de algún dispositivo óptico, ya sea para mejorar la percepción visual (lupas, lentes, etc.) o para proporcionar o visual en zonas de difícil , tal como en el interior de tuberías y equipos donde se emplean baroscopios y pequeñas videocámaras rígidas o flexibles. La inspección visual y óptica es aquella que utiliza la energía de la porción visible del espectro electromagnético. Los cambios en las propiedades de la luz, después de entrar en o con el objeto inspeccionado, pueden ser detectados por el ojo humano o por un sistema de inspección visual. Sus siglas en inglés son VT= Visual Testing. Según los instrumentos que se utilicen como ayuda a la visión, y la distancia (o el ) que se tenga entre el inspector y el objeto de estudio, la Inspección Visual se puede dividir en dos grupos:
Inspección Visual Directa: La inspección se hace a una distancia corta del objeto, aprovechando al máximo la capacidad visual natural del inspector. Se usan lentes de aumento, microscopios, 37
lámparas o linternas, y con frecuencia se emplean instrumentos de medición como calibradores, micrómetros y galgas para medir y clasificar las condiciones encontradas.
Inspección Visual Remota: Se utiliza en aquellos casos en que Figura 25. Inspección visual directa. no se tiene directo a los componentes a inspeccionar, o en aquellos componentes en los cuales, por su diseño, es muy difícil ganar a sus cavidades internas. Se puede llegar a la mayoría de las cavidades internas y lugares inaccesibles para el inspector.
Figura 26. Inspección visual remota.
Maquinaria: Se usan boroscópios que disponen de una fuente de iluminación que funciona por fibra óptica, lo cual asegura una correcta iluminación de toda la zona a inspeccionar incluso cuando 38
se produce una rotación o giro de la cabeza del boroscópios., videoscópios que utilizan un sensor de imagen en su extremo para la transmisión de imágenes del interior de los objetos o más frecuentemente de las partes inaccesibles de éstos y fibroscópios que utiliza fibras ópticas para la transmisión de imágenes del interior de los objetos, o más frecuentemente de las partes inaccesibles de éstos.
. Figura 27. Boroscopio.
Figura 28. Videoscopio.
39
Figura 29. Fibroscopio.
Aplicaciones: La inspección visual es utilizada para los siguientes propósitos: La inspección de superficies expuestas o accesibles de objetos opacos (incluyendo la mayoría de ensambles parciales o productos terminados). La inspección del interior de objetos transparentes (tales como vidrio, cuarzo, algunos plásticos, líquidos y gases). Detectar errores en el proceso de manufactura. Obtener información acerca de la condición de un componente que muestra evidencia de un defecto. Dar una valoración total de la condición de una pieza, estructura, componente o sistema. Proveer una detección temprana antes que una discontinuidad alcance un tamaño crítico. Inspeccionar lugares que están fuera del alcance de los inspectores, mediante instrumentos diseñados para dicho trabajo.
40
Figura 30. Vista según la inspección remota visual.
3.2.2.3 Ensayo de líquidos penetrantes.
Es un tipo de Ensayo No Destructivo que se utiliza para detectar e identificar discontinuidades presentes en la superficie de los materiales examinados. Generalmente, se emplea en aleaciones no ferrosas, aunque también se puede utilizar para la inspección de materiales ferrosos, cuando la inspección por partículas magnéticas es difícil de aplicar. En algunos casos se puede utilizar en materiales no metálicos.
Materiales: Pueden ser Tipo I = Penetrante fluorescente ó tipo II = Tintas permanentes o visibles
Procedimiento: Consiste en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la superficie en estudio, el cual penetra en cualquier discontinuidad que pudiera existir debido al fenómeno de capilaridad. Después de un determinado tiempo, se remueve el exceso de líquido y se aplica un revelador, el cual absorbe el líquido que ha penetrado en las discontinuidades y sobre la capa del revelador se delinea el contorno de éstas. 41
Figura 31. Proceso de ensayo de líquidos penetrantes
Este ensayo se basa en el principio físico conocido como "Capilaridad" y consiste en la aplicación de un líquido con buena penetración en pequeñas aberturas sobre la superficie del material a inspeccionar. Una vez que ha transcurrido un tiempo suficiente como para que el líquido penetre, se realiza una remoción del exceso de líquido penetrante y a continuación se aplica un líquido absorbente comúnmente llamado "revelador", de color diferente al líquido penetrante, el cual absorberá el líquido que haya penetrado en las aberturas superficiales. Por consiguiente, las áreas en las que se observe la presencia de líquido penetrante después de la aplicación del líquido absorbente, son áreas que contienen discontinuidades superficiales (grietas, perforaciones, etc.).
42
Tabla 10. Esquema de líquidos penetrantes.
3.2.2.4 Ensayo de partículas magnéticas. Permite detectar discontinuidades superficiales y sub-superficiales en materiales ferromagnéticos como el hierro, el cobalto y el níquel. Debido a su baja permeabilidad magnética, no se aplica ni en los materiales paramagnéticos (como el aluminio, el titanio o el platino) ni en los diamagnéticos (como el cobre, la plata, el estaño o el zinc). Los defectos que se pueden detectar son únicamente aquellos que están en la superficie o a poca profundidad. Cuanto menor sea el tamaño del defecto, menor será la profundidad a la que podrá ser detectado.
43
Maquinaria: SeEsquema usa el del yugo magnético, el cual posee dos polos Figura 32. ensayo de partículas magnéticas. magnéticos configurables universales para hacer la inspección de forma diversa.
Figura 33. Yugo magnético.
Procedimiento: 44
Si un material magnético presenta discontinuidades en su superficie, éstas actuarán como polos, y por lo tanto, atraerán cualquier material magnético o ferromagnético que esté cercano a las mismas. De esta forma, un metal magnético puede ser magnetizado local o globalmente y se le pueden esparcir sobre su superficie pequeños trozos de Partículas Magnéticas y así observar cualquier acumulación de las mismas, lo cual es evidencia de la presencia de discontinuidades sub-superficiales o superficiales en el metal. En general, existen dos principales medios o mecanismos mediante los cuales se puede aplicar las partículas magnéticas, estos son: vía húmeda y vía seca. Así mismo, existen dos principales tipos de partículas magnéticas: aquellas que son visibles con luz blanca natural o artificial y aquellas cuya observación debe ser bajo luz ultravioleta, conocidas comúnmente como partículas magnéticas fluorescentes.
Figura 34. Ensayo de partículas magnéticas
CONCLUSIONES
45
Cuando se aplica una tensión uniaxial a una barra de metal, el metal primero se deforma elásticamente y después plásticamente ocasionando una deformación permanente.
Las magnitudes de tracción y alargamiento (ductilidad) de un metal o aleación se obtienen del diagrama esfuerzo/deformación convencionales derivados del ensayo de tracción.
Los ensayos destructivos son en los que se produce una rotura o daño sustancial en la estructura del material.
El ensayo de tracción es el método utilizado para determinar la resistencia a la tracción, la resistencia a la ruptura y la resistencia a la conformación de una muestra.
El ensayo de compresión es el método de ensayo que consiste en aplicar una carga axial de compresión gradualmente creciente a una probeta estándar hasta que ocurra la fractura. Se toma nota de carga y acortamiento.
El ensayo de plegado es el método utilizado para probar materiales frágiles. En el momento que muestra comienza a deformarse bajo un fuerza aplicada, la parte inferior experimenta una tensión a la tracción mientras que la parte superior experimento una tensión de compresión.
El ensayo de dureza permite determinar la resistencia de los materiales a la deformación plástica sobre la superficie de la muestra o en su sección.
Existen varios ensayos de dureza, pero los más relevantes son: dureza de Brinell, dureza de Rockwell, dureza de Shore, dureza de Vickers, duresa de Moh, dureza de Knoop y dureza de Leeb.
El ensayo de fluencia se realiza para analizar las características resistentes de los materiales en las condiciones que muestran un comportamiento visco elástico el cual es característico de materiales plásticos a
46
temperatura, incluida la ambiente; y también materiales metálicos en ciertos rangos de temperaturas.
El ensayo de impacto es el método utilizado para determinar la tenacidad de un material. En ensayos de impacto hay dos tipos de ensayo que son relevantes, el ensayo de Charpy y el ensayo de Izod.
Los ensayos no destructivos son en los que no se altera de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales.
El ensayo de inspección por ultrasonido es el método de Ultrasonido se basa en la generación, propagación y detección de ondas elásticas (sonido) a través de los materiales, ya que por principio las ondas ultrasónicas pueden propagarse a través de todos los medios donde exista materia. Es una prueba confiable y rápida, que emplea ondas sonoras de alta frecuencia (0.25 a 25 MHz) producidas.
El ensayo de inspección visual es el método más básico y frecuente, ya que se puede obtener información inmediata de la condición superficial de los materiales que se estén inspeccionando, con el simple uso del ojo humano y en algunos casos, con la ayuda de algún dispositivo óptico, ya sea para mejorar la percepción visual (lupas, lentes, etc.) o para proporcionar o visual en zonas de difícil , tal como en el interior de tuberías y equipos donde se emplean baroscopios y pequeñas videocámaras rígidas o flexibles.
El ensayo de líquidos penetrantes es un tipo de Ensayo No Destructivo que se utiliza para detectar e identificar discontinuidades presentes en la superficie de los materiales examinados. Generalmente, se emplea en aleaciones no ferrosas, aunque también se puede utilizar para la inspección de materiales ferrosos, cuando la inspección por partículas magnéticas es difícil de aplicar. En algunos casos se puede utilizar en materiales no metálicos.
El ensayo de partículas magnéticas permite detectar discontinuidades superficiales y sub-superficiales en materiales ferromagnéticos como el hierro, el cobalto y el níquel. Debido a su baja permeabilidad magnética, no se aplica ni en los materiales paramagnéticos (como el aluminio, el titanio o 47
el platino) ni en los diamagnéticos (como el cobre, la plata, el estaño o el zinc).
BIBLIOGRAFÍA
Libro 48
NEWELL. James, Ciencia de materiales, aplicación en ingeniería, Rowan University, Alfaomega, primera edición, Capítulo 3. Medición de propiedades mecánicas, México, 2011. Libro SMITH F. William, Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales, McGrawHill, cuarta edición, Capítulo 6. Propiedades mecánicas de los materiales, Madrid, 2011. Webgrafia Facultad de ingeniería-UBA., Materiales industriales I, Ensayos destructivos, tomado de: http://materias.fi.uba.ar/7201/ENSAYOS%20DESTRUCTIVOS.pdf Webgrafia Tecnología de los plásticos, Propiedades mecánicas, 27 de Junio de 2011, tomado de:http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.co/2011/06/propiedadesmecanicas.html Webgrafia Curso de fundamentos de ciencia de los materiales, Unidad 2. Características mecánicas de los materiales, tomado de: http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm02/fcm2_2.html Webgrafia BRAVO G, Jorge, Resistencia de materiales, ingeniería en prevención de riesgos, tomado de: http://slideplayer.es/slide/26721/ Webgrafia CASTELLANOS, Miguel, Tecnología de los materiales, Ensayos de materiales, 2013, tomado de: http://es.calameo.com/read/001009872d663248b0d08 Webgrafia Tema1. Introducción a los materiales, http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Tema1.Introduccion.pdf
49
tomado
de:
EDUARDO ÁNDRES DÍAZ CEPEDA DEISSY CAROLINA FUENTES RUSSI MARÍA CAMILA CASTAÑEDA SUAREZ
Consulta
Eric Viana Buendía Ingeniero Mecánico
UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL RESISTENCIA DE MATERIALES BOGOTÁ 2016
CONTENIDO
Pág. 1. INTRODUCCION
11
2. OBJETIVOS
12
2.1 OBJETIVO GENERAL
12
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
12
3. CONSULTA
13
3.1 NORMAS ASTM
13
3.2 TIPOS DE ENSAYO
13
3.2.1 DESTRUCTIVOS
13
3.2.1.1 ENSAYO DE TRACCIÓN
14
3.2.1.2 ENSAYO DE COMPRESIÓN
18
3.2.1.3 ENSAYO DE PLEGADO
22
3.2.1.4 ENSAYO DE DUREZA
24
3.2.1.5 ENSAYO DE FLUENCIA
29
3.2.1.6 ENSAYO DE IMPACTO
31
3.2.2 NO DESTRUCTIVOS
32
3.2.2.1 INSPECCIÓN POR ULTRASONIDO
32
3.2.2.2 INSPECCIÓN VISUAL
38
3.2.2.3 ENSAYO DE LIQUIDOS PENETRANTES
42
3.2.2.4 ENSAYO DE PARTICULAS MAGNETICAS
44
4. CONCLUSIONES
47
5. BIBLIOGRAFIA
50
2
LISTA DE TABLAS
Pág. Tabla 1. Normas ASTM más representativas para métodos de ensayo.
13
Tabla 2. Regiones de curva de esfuerzo/deformación.
16
Tabla 3. Dimensiones sugeridas para probetas de compresión.
18
Tabla 4. Resumen de modos de deformación.
21
Tabla 5. Aplicación de ensayos de dureza
24
Tabla 6. Tipos de penetrador en el ensayo de Rockwell.
26
Tabla 7. Dim. penetrador en ensayo de Vickers y número de dureza HV.
27
Tabla 8. Dim. penetrador en ensayo de Knoop y número de dureza HK.
27
Tabla 9. Escala de dureza de Mohs.
28
Tabla 10. Esquema de líquidos penetrantes.
44
3
LISTA DE GRÁFICAS Pág. Gráfica 1. Curva de representación de esfuerzo/deformación.
16
Gráfica 2. Resistencia a la conformación compensatoria.
18
Gráfica 3. Determinación de la fuerza límite de proporcionalidad.
21
Gráfica 4. Representación de la deformación / tiempo ensayo de fluencia
30
4
LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Probeta para ensayo de tracción.
14
Figura 2. Máquina de ensayo de tracción
15
Figura 3. Evaluación de probeta durante ensayo de tracción.
15
Figura 4. Probetas de materiales metálicos de formas no similares.
19
Figura 5. Máquina de compresión.
19
Figura 6. Materiales sometidos a compresión.
20
Figura 7. Probeta para ensayo de plegado.
22
Figura 8. Dispositivos de pruebas de plegado.
23
Figura 9. Procedimientos de plegado.
23
Figura 10. Durómetro.
25
Figura 11. Dureza de Brinell.
26
Figura 12. Comparación de escalas de dureza.
28
Figura 13. Dispositivos de ensayos de fluencia.
29
Figura 14. Ensayo de fluencia.
30
Figura 15. Péndulo de Charpy.
31
Figura 16. Procedimiento de ensayo de impacto.
32
Figura 17. Sistema ultrasónico de transmisión pulso-eco.
33
Figura 18. Tipos de cables coaxiales.
34 5
Figura 19. Partes del transductor.
34
Figura 20. Técnica eco-pulso.
35
Figura 21. Técnica de transmisión a través.
36
Figura 22. Técnica de haz angular.
36
Figura 23. Técnica de transductores duales.
37
Figura 24. Técnica de picha y cacha.
37
Figura 25. Inspección visual directa.
39
Figura 26. Inspección visual remota.
39
Figura 27. Boroscopio.
40
Figura 28. Videoscopio.
40
Figura 29. Fibroscopio.
41
Figura 30. Vista según la inspección visual remota.
42
Figura 31. Proceso de ensayo de líquidos penetrantes.
43
Figura 32. Esquema del ensayo de partículas magnéticas.
45
Figura 33. Yugo magnético.
45
Figura 34. Ensayo de partículas magnéticas.
46
6
GLOSARIO
ADELGAZAMIENTO: Disminución del área de la sección transversal que ocurre después de alcanzar la tensión tractiva de rotura instantes previos a la fractura del material. ANISOTROPÍA: Material Anisótropo: característica de un material según la cual sus propiedades son diferentes en distintas direcciones. CAPACIDAD CALORÍFICA ESPECÍFICA: Es la razón de calor almacenado por masa a cambio en la temperatura del material. CERÁMICA: material compuesto de elementos metálicos y no metálicos. COEFICIENTE DE DILATACIÓN TÉRMICA: razón de alargamiento de un material con relación al incremento de temperatura COEFICIENTE DE POISSON: valor absoluto de la relación entre la deformación unitaria normal transversal y la deformación unitaria axial CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: capacidad de un material para transmitir calor. DEFORMACIÓN ELÁSTICA: Región en una curva de esfuerzo/deformación en la cual no suceden cambios permanentes al material. DEFORMACIÓN INGENIERIL: Propiedad que se determina al medir el cambio de longitud inicial de una muestra. DEFORMACIÓN PLÁSTICA: Región de una curva de esfuerzo/deformación en la cual el material ha experimentado un cambio del cual no se recuperará por completo DENSIDAD: masa por unidad de volumen de un sólido. DUCTILIDAD: capacidad de deformación plástica de un material antes de su rotura. Un material se considera dúctil cuando puede soportar alargamientos mayores al 5%.
7
DUREZA: Resistencia de la superficie de un material a la penetración de un objeto duro bajo una fuerza estática. ELASTÓMEROS: polímeros con una cantidad intermedia de enlaces cruzados. ENERGÍA ELÁSTICA: Representa la energía que puede absorber el material antes de deformarse en forma permanente. ENDURECIMIENTO POR DEFORMACIÓN UNITARIA: aumento de la dureza y la resistencia de un material dúctil al ser deformado plásticamente. ESFUERZO REAL: Proporción de fuera aplicada a una muestra y el área transversal instantánea de una muestra. ESFUERZO INGENIERIL: Proporción de la carga aplicada a un área de sección trasversal. ESTRICCIÓN: Disminución repentina en el área transversal de la región de una muestra bajo una carga de tracción. FATIGA: Es la falla debido conformación.
las tensiones repetidas bajo la resistencia a la
FLUENCIA: inicio de la deformación plástica. FRAGILIDAD: Propiedad del material se rompe sin mayor deformación plástica. Un material se considera frágil cuando se fractura con alargamientos menores al 5%. Homogeneidad material: calidad de invariabilidad de las propiedades de un material en cada uno de los puntos constituyentes. ISOTROPÍA: característica de un material según la cual sus propiedades son iguales en distintas direcciones. LÍMITE DE PROPORCIONALIDAD: tensión por encima de la cual desaparece la linealidad entre las tensiones y las deformaciones. LÍMITE ELÁSTICO: Tensión por encima de la cual el material recibe deformación permanente.
8
MATERIALES COMPUESTOS: son combinaciones de dos o más componentes. Normalmente están formados por resinas poliméricas reforzados con fibras o inclusiones. MÓDULO DE ELASTICIDAD LONGITUDINAL: es la constante proporcionalidad entre las tensiones normales y las deformaciones normales.
de
MÓDULO DE ELASTICIDAD TANGENCIAL: ídem anterior pero entre tensiones y deformaciones tangenciales. ORTOTROPÍA: característica de un material según la cual sus propiedades son diferentes en direcciones perpendiculares entre sí. POLÍMEROS: Compuestos plásticos de carbono y otros elementos químicos que forman moléculas en largas cadenas. RESILIENCIA: Capacidad de un material para liberar la energía absorbida en el proceso de deformación. RESISTENCIA A LA CONFORMACIÓN: Tensión en el punto de transición entre la deformación elástica y la plástica. RESISTENCIA A LA FLEXIÓN: Cantidad de esfuerzo de flexión que un material puede soportar antes de romperse. La cual se mide a través del ensayo de plegado. RESISTENCIA A LA RUPTURA: Tensión en la cual el material se rompe completamente durante el ensayo de tracción. RESISTENCIA A LA TRACCIÓN: Tensión aplicada a la fuerza más alta en una curva de esfuerzo/deformación. TENACIDAD: capacidad de un material para absorber energía de deformación hasta su rotura. Materiales Termo fraguados: polímeros que tienen una estructura altamente entrecruzada. Materiales Termoplásticos: Polímeros sin enlaces cruzados. TENSIONES DE APERTURA: Tensiones que actúan perpendicularmente a la dirección de la grieta, provocando que las orillas de la grieta se separen y abran más la grieta. 9
VIDA DE FATIGA: Número de ciclos a un nivel de tensión dado que un material puede experimentar antes de fallar.
10
1. INTRODUCCIÓN
La presente consulta se refiere al tema de los tipos de ensayos realizados en los materiales, los cuales pueden ser destructivos cuando deforman el material, o no destructivos cuando permiten realizar la inspección sin perjudicar el posterior empleo del producto, por lo que permiten revisar la totalidad de la producción si fuera necesario. Esta consulta se realiza con el fin de conocer a fondo tanto las normas ASTM como las probetas utilizadas en los ensayos regidas por estas; Para entender los conceptos anteriores se mostrara tanto el proceso y las características como la funcionalidad y aplicación de cada tipo de ensayo.
11
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL Conocer los tipos de ensayos practicados en materiales. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer las normas ASTM. Explicar los procedimientos para los diferentes tipos de ensayos Identificar las maquinas utilizadas para los ensayos. Comprender datos y diagramas generados en los ensayos. Exponer las propiedades mecánicas generadas por los tipos de ensayos.
12
3. CONSULTA
3.1 NORMAS ASTM Las normas ASTM (American Society for Testing and Materials), son lineamientos que proporcionan los procedimientos detallados para los ensayos a fin de asegurar que sean directamente comparables.
Tabla 1. Normas ASTM más representativas para métodos de ensayo Tipo de ensayo Tracción, superficies de concreto Tracción, materiales metálicos Tracción, compuestos de matriz metálica Tracción, compuestos de matriz polimérica Tracción, fibras textiles sencillas Compresión, metales Compresión, cerámicas de fibra reforzada Compresión, concreto Compresión, compuestos Ensayo de plegado, cerámicas Dureza Brinell Dureza Rockwell Fluencia, cerámicas Fractura de fluencia, metales Crecimiento de una grieta por fluencia, metales Impacto Izod, plásticos mellados Impacto Charpy, plásticos mellados Prueba de fatiga en materiales homogéneos
Norma ASTM C1355 E8M D3552 D4762 D3822 E209 WK3484 C116 D3410 C1421 E10 E18 C1291 E139 E1457 D256 D6110 E606
3.2 TIPOS DE ENSAYOS 3.2.1 Ensayos destructivos
Son ensayos en los que se produce una rotura o daño sustancial en la estructura del material. 13
3.2.1.1 Ensayo de Tracción.
Método utilizado para determinar la resistencia a la tracción, la resistencia a la ruptura y la resistencia a la conformación de una muestra.
Probeta: Se usa generalmente la E8M según la ASTM
Figura 1. Probeta para ensayo de tracción
Maquinaria: Se usa la máquina para de ensayos de tracción. Esta máquina está compuesta por tornillos dobles, una placa fija, placa móvil, dispositivo de desaceleración, sistema de regulación de la velocidad, gabinete de control, zona de torsión, software y otros dispositivos auxiliares. La fuerza que actúa sobre la probeta se 14
registra en un gráfico en el registrador a la izquierda de la figura 2, también se registra la deformación mediante un extensómetro sujeto a la probeta.
Figura 2. Máquina para ensayo de tracción
Procedimiento El procedimiento consiste en asegurar el material entre un par de abrazaderas. La abrazadera superior está sujeta a una barra fija y a una celda de carga. La abrazadera inferior está sujeta a una barra móvil que lentamente empuja el material hacia abajo. La celda de carga registra la fuerza y el extensómetro registra el alargamiento de la muestra.
Gracias a los datos de fuerza y alargamiento obtenidos, se pueden calcular cantidades como el esfuerzo ingenieril y la deformación Figura 3. Evaluación de probeta durante ensayo de tracción ingenieril.
15
σ=
F Ao
∈=
l−l 0 l0
Donde (σ) es esfuerzo ingenieril, (F) es la fuerza medida y (Ao) es el área de la sección transversal inicial de l muestra Donde (ϵ) es deformación ingenieril, (l) es la longitud de la muestra alargada y (lo) es la longitud inicial de la muestra
Gráfica 1. Curva representativa de esfuerzo/deformación.
Tabla de 2. Regiones de de curva de esfuerzo/deformación. La pendiente la curva esfuerzo/deformación proporciona una cantidad que tiene tres nombres diferentes, Módulo de elasticidad (E), Módulo de tracción o Módulo de Young.
E=
∆σ ∆∈
Donde (E) es módulo de elasticidad, (∆σ) es el desplazamiento del esfuerzo ingenieril, y (∆∈) es el desplazamiento de la deformación ingenieril.
16
Para materiales que despliegan un comportamiento elástico lineal la energía elástica está dada por: e
E=
σy 2
Donde (eE) es energía elástica y (σy) es el esfuerzo ingenieril en y.
El módulo de resiliencia determina cuánta energía se puede utilizar para la deformación y cuánta puede ser traducida al movimiento Donde (Er) es módulo de resiliencia, (eE) es energía elástica, y e Er = E (∈y) es la deformación ingenieril en y. ∈y Mientras que un material se deforma longitudinalmente (se estira), también pasa por una deformación lateral simultanea (encogimiento), y esta relación está dada por el coeficiente de Poisson. μ=
−∈ lateral ∈longitudinal
Donde (μ) es el coeficiente de Poisson.
La cantidad de deformación que un material soporta sin romperse se llama ductilidad. Se utilizan dos medidas para evaluar la ductilidad, el porcentaje de elongación y el porcentaje de reducción en el área. de elongación=100
∗l f −l o lo
de reduccipón en el área=100
∗A f − A o Ao
La resistencia a la conformación compensatoria de determina al calcular la pendiente inicial de la curva esfuerzo/deformación, y posteriormente dibujar una línea igual a la pendiente que inicial en el valor de deformación de 0.002.
17
3.2.1.2 Ensayo de Compresión. Gráfica 2. Resistencia a la conformación compensatoria
Método de ensayo que consiste en aplicar una carga axial de compresión gradualmente creciente a una probeta estándar hasta que ocurra la fractura. Se toma nota de carga y acortamiento.
Probeta: Se usa con las siguiente especificaciones
Tabla 3. Dimensiones sugeridas para las probetas de compresión
18
Figura 4. Probeta de materiales metálicos de formas no similares
Maquinaria: Se usa la máquina de compresión la cual consiste de un equipo principal, una fuente hidráulica, un controlador y un sistema de control computarizado.
Figura 5. Máquina de compresión
Procedimiento: Para obtener las propiedades mecánicas a compresión de los materiales de las probetas, se debe someter éstas a 19
compresión axial, medir las variables: fuerza y acortamiento, a incrementos conocidos de fuerza o deformación. Con los datos obtenidos construir los gráficos Fuerza vs Acortamiento, y Fuerza vs Deformación. Y por último realizar un tratamiento gráfico de éstos para obtener los parámetros buscados de esfuerzos.
Figura 6. Materiales sometidos a compresión
La resistencia a la compresión está dada por: σ
c=
F A
Donde (σc) es la resistencia a la compresión, (F) es la fuerza aplicada y (A) es el área de la probeta donde se aplica la fuerza.
La deformación se calcula así: δ=
F∗L E∗A
Donde (δ) es la deformación, (F) es la fuerza aplicada, (L) es la longitud de la probeta, (A) es el área de la probeta donde se aplica la fuerza, (E) es el módulo de elasticidad
La fuerza límite de proporcionalidad, se determina por el punto donde comienza la divergencia entre la curva de compresión y la continuidad del segmento rectilíneo, el valor de este se da cuando la desviación de la dependencia lineal entre carga y alargamiento alcanza el 50%.
20
Gráfica 3. Determinación de la fuerza límite de proporcionalidad (Fp)
El ensayo de compresión permite un examen directo del modo de deformación, la cual puede ser curveada cuando L/D es mayor a 5, de corte cundo L/D esta entre 2.5 y 5, de doble barril cuando hay fricción al o con la superficie L/D mayor a 2, de doble barril cuando hay fricción al o con la superficie L/D menor a 2, de compresión homogénea cuando L/D es menor a 2 ó de inestabilidad de compresión.
Tabla 4. Resumen de los modos de deformación
21
3.2.1.3 Ensayo de Plegado Método utilizado para probar materiales frágiles. En el momento que muestra comienza a deformarse bajo un fuerza aplicada, la parte inferior experimenta una tensión a la tracción mientras que la parte superior experimento una tensión de compresión.
Probetas: Se utiliza los siguientes requerimientos
Figura 7. Probeta para ensayo de plegado
Maquinaria: En la maquina universal de ensayos se tiene un dispositivo para pruebas de plegado. El material se coloca entre los soportes cilíndricos, aplicando la carga lentamente hasta obtener el ángulo de plegado especificado para el mismo, o bien cuando se observa la aparición de las primeras fisuras en la cara inferior o la sometida a tracción.
22
Figura 8. Dispositivo para pruebas de plegado.
Procedimiento:
Generalmente el plegado se obtiene en dos etapas y se realiza con un ángulo de 180º. Colocando el material en el dispositivo anterior se efectúa el flexionamiento hasta un determinado ángulo. Se termina la operación con los platos de compresión hasta lograr un ángulo de 180º. El ensayo dará resultado satisfactorio o, en otras palabras, el material será aceptado “si no presenta sobre su parte estirada grietas o resquebrajaduras a simple vista.
Figura 9. Procedimiento de plegado
La resistencia a la flexión de la muestra se define como: 23
σ
f=
Donde (σf) es la resistencia a la flexión, (Ff) es la carga de falla, (L) es la distancia entre los dos rodillos, (w) es el ancho de la muestra y (h) es el grosor de l muestra
3Ff L 2w h
2
El módulo de flexión en la región elástica se define como:
Ef =
Ff L
3
3
4wh δ
Donde (δ) es la cantidad de desviación experimentada por el material durante el doblado
3.2.1.4 Ensayo de Dureza Este ensayo permite determinar la resistencia de los materiales a la deformación plástica sobre la superficie de la muestra o en su sección. Existen varios ensayos de dureza, pero los más relevantes son: dureza de Britney, dureza de Rockwell, dureza de Shore, dureza de Vieres, dureza de Morh, dureza de Knoop y dureza de Leeb.
Tabla 5. Aplicación de los ensayos de dureza
Maquinaria: El durómetro es el aparato que se utiliza para determinar durezas. Posee un soporte plano de acero que se encontrará fijado 24
simétricamente debajo del penetrador, un indicador dial de dureza, una palanca lateral , una manilla giratoria para elevar el soporte rígido, un indicador de escala y un tornillo regulador de escala, permite ajustar la maquina a la escala deseada.
Figura 10. Durómetro
Procedimiento: Dureza de Brinell: Se fuerza un penetrador duro esférico en la superficie del material a ensayar. El penetrador es una bola de acero endurecido o de carburo de tungsteno de 10 mm de diámetro. Las cargas normalizadas están definidas entre 500 y 3000 kg, incrementándose de a 500 kg. Durante el ensayo, la carga se mantiene constante durante un tiempo que va de entre 10 a 30 segundos. F HB= π D(D−√ D2−D2i ) 2
()
Donde (F) es la carga aplicada en Kg, (D) es el diámetro de la esfera y (Di) es el diámetro de la impresión que dejo la esfera en el material de ensayo en mm.
25
Dureza de Rockwell:Figura Consiste en aplicar primero una carga inicial 11. Dureza de Brinell pequeña, lo que aumenta la exactitud de la medida, y después una carga mayor. Basándose en la magnitud de las cargas mayores y menores, existen dos tipos de ensayos: Rockwell y Rockwell superficial. En la siguiente tabla se especifican las cargas utilizadas para ambos ensayos:
Dureza deTabla Vickers: 6. TiposEl de penetradores principio fundamental para ensayo Rockwell es observar la habilidad que tiene el material indentado de resistir la deformación plástica. Las cargas aplicadas van de 1 a 1000 g, por lo cual este ensayo es considerado de micro dureza. La marca resultante se observa al microscopio y se mide, esta medida es convertida a un 26
número de dureza que se identifica con HV (Número Pirámide Vickers) o DPH (Número Pirámide de Diamante Vickers). Es necesario que la superficie de la muestra haya sido preparada con desbaste y pulido.
Tabla 7. Dimensiones del penetrador de Vickers y número de dureza HV
Dureza de Knoop: Básicamente el penetrador también es una pirámide de diamante, pero de forma algo diferente. El método Knoop responde muy bien a materiales frágiles, como cerámicos. En el durómetro Knoop la indentación resultante es medida también por un microscopio. La ventaja de este ensayo reside en que sólo una muestra muy pequeña del material es necesaria para poder realizarlo.
Tabla 8. Dimensiones del penetrador de Knoop y número de dureza HK
Dureza de Morh: Los primeros ensayos de dureza se basaron en el comportamiento de los minerales según su capacidad de rayar a otro más blando. Para ello se definió una escala llamada Mohs, cuyos valores van del 1 al 10, donde el 1 representaba al talco y el 10 al diamante. 27
Tabla 9. Escala de dureza de Moh.
Figura 12. Comparación de escalas de dureza
3.2.1.5 Ensayo de Fluencia Los ensayos de fluencia se realizan para analizar las características resistentes de los materiales en las condiciones que muestran un comportamiento visco elástico el cual es característico de materiales plásticos a temperatura, incluida la ambiente; y también materiales metálicos en ciertos rangos de temperaturas. 28
Maquinaria: Se usa una máquina de ensayos de tracción provista de un horno, contenedor de la probeta, con control de la temperatura de ensayo. Para realizar este ensayo hay dos dispositivos fundamentales, el bastidor de fluencia y el horno de fluencia que están dispuestos de la siguiente manera:
Figura 13. Dispositivos para ensayo de fluencia
Procedimiento: Se marca la longitud de la probeta con dos granetazos separados l0 mm, luego se monta la probeta en las mordazas de la prensa y en el interior del horno de calentamiento, se efectúa la elevación de temperatura hasta alcanzar la temperatura de ensayo, Te, posteriormente se eleva la carga de la prensa hasta el nivel requerido, Fi, en el que se obtiene respuesta de fluencia en el material, y mantener la carga hasta la fractura, se registran para cada ensayo la sucesión de los valores de las variables Fi, DL, Te y t. y se repite el ensayo para otras combinaciones de las variables Te y Fi.
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Figura 14. Ensayo de fluencia.
El rango de fluencia es el cambio en cualquier punto de la pendiente de la curva de deformación/tiempo. C=
∆∈ Donde (C) es el rango de fluencia, ( ∆ ) es el desplazamiento de la ∈ ∆t deformación y ( ∆ t ) es el desplazamiento del tiempo.
Grafica 4. Representación de deformación vs tiempo en un ensayo de fluencia.
El parámetro de Larson-Miller (LM) se usa para caracterizar el comportamiento de la fluencia. LM =
T ( A+ B∈t) 1000
Donde (LM) es el parámetro de Larson-Miller, (T) es temperatura en Kelvin, (A y B) son constantes y (t) es el tiempo de ruptura en minutos
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3.2.1.6 Ensayo de Impacto Método utilizado para determinar la tenacidad de un material. En ensayos de impacto hay dos tipos de ensayo que son relevantes, el ensayo de Charpy y el ensayo de Izod.
Probetas: Para este ensayo se utilizan probeta de 10X10X55mm de entalladura V, U y de Ojo de cerradura.
.Maquinaria: Se utiliza el péndulo de impacto el cual tiene un péndulo que cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el área debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia.
Figura 15. Péndulo de Charpy.
Procedimiento: Se pesan las probetas, luego se eleva el péndulo y se engatilla para ser liberado luego de 3 vaivenes, posteriormente se 31
instala la probeta y se repite lo mencionado anteriormente, se calcula la energía cinética aplicada a las probetas y la energía invertida posteriormente.
La energíaFigura de impacto es la mismaensayo pérdidade enimpacto la energía potencial entre 16. Procedimiento los estados inicial y final. e l=mg(h −h ) 0
f
Donde (el) es energía de impacto, (m) es la masa del martillo, y (g) es la gravedad.
3.2.2 Ensayos no destructivos
Son ensayos en los que no se altera de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales. 3.2.2.1 Ensayo de inspección por ultrasonido El método de Ultrasonido se basa en la generación, propagación y detección de ondas elásticas (sonido) a través de los materiales, ya que por principio las ondas ultrasónicas pueden propagarse a través de todos los medios donde exista materia. Es una prueba confiable y rápida, que emplea ondas sonoras de alta frecuencia (0.25 a 25 MHz) producidas.
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Maquinaria: El sistema que se usa hoy en día es el de transmisión pulso-eco, el cual posee un transductor(dispositivo encargado de convertir una energía de entrada en otra diferente de salida),que se clasifican según la forma de propagar el haz ultrasónico (haz recto o angular), la técnica de inspección (de o o inmersión), el número de cristales (uno o dos cristales, dual o multicristal), el grado de amortiguamiento (banda ancha, angosta o de amortiguamiento interno) y según aplicaciones especiales(Transductores libres, supe amortiguados, puntuales, periscópicos, o con línea de retardo). También posee un cable coaxial, que une el instrumento con el transductor, puede ser Microdot (para transductores pequeños con rosca), BNC (de medio giro), UHF (para alta frecuencia, usado en inmersión), Lemo (de media presión), o Tuchel (actualmente fuera de uso).
Figura 17. Sistema ultrasónico de transmisión pulso-eco.
Figura 18. Tipos de cables coaxiales.
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Los acopiantes usados Figura para 19. la Partes inspección por o son agua, del transductor. aceites, glicerina, grasas de petróleo, grasas de Silicón, pasta de tapiz y varias sustancias comerciales tipo pasta; Estos acopiantes se usan para transmitir el ultrasonido entre el transductor y la pieza de prueba, este puede ser líquido, semilíquido o pastoso.
Procedimiento: La realización del ensayo por ultrasonido requiere una serie de etapas, las cuales deben ser realizadas por personal altamente capacitado y entrenado en este ensayo. Ya que la inspección ultrasónica se basa en un fenómeno mecánico, se puede adaptar para que pueda determinarse la integridad estructural de los materiales de ingeniería. Sus principales aplicaciones consisten en:
Detección y caracterización de discontinuidades. Medición de espesores, extensión y grado de corrosión. Determinación de características físicas, tales como: estructura metalúrgica, tamaño de grano y constantes elásticas. Definir características de enlaces (uniones). Evaluación de la influencia de variables de proceso en el material. Las principales ventajas de este ensayo son: Elevada sensibilidad de detección. Poca dependencia de la geometría de la pieza, bastando el a una sola cara. 34
Posibilidad de inspeccionar volumétricamente el material. Rapidez del examen y resultado inmediato. Utilización de equipos portátiles. Existen varias técnicas para realizar este ensayo:
Técnica pulso-eco: Se utiliza un solo transductor que envía y recibe el pulso (transmisor-receptor), por lo que requiere a una sola superficie.
Técnica de transmisión a través: Se utiliza un transmisor y un Figura 20.Técnica pulso-eco receptor y se encuentran localizados en superficies opuestas.
Figura 21. Técnica de transmisión a través.
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Técnica con haz angular: Se utiliza para transmitir un haz angular predeterminado de prueba, de acuerdo el ángulo de incidencia se dan las ondas producidas dentro del material (transversal, superficial y longitudinal).
22.Técnicaduales: con haz angular Técnica conFigura transductores Se usa para incrementar la resolución, el elemento doble permite que la función del cristal receptor se encuentre en electrónica y acústicamente aislado de los efectos del pulso de excitación. Los transductores miden el espesor y descubren los defectos y corrosión en materiales delgados.
Técnica de picha y cacha: Se utilizan dos transductores, uno envía el pulso y otro lo recibe, amos transductores se localizan 23. Técnica de transductores duales. en la mismaFigura superficie.
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Figura 24. Técnica de picha y cacha.
3.2.2.2 Ensayo de inspección visual.
Es el método más básico y frecuente, ya que se puede obtener información inmediata de la condición superficial de los materiales que se estén inspeccionando, con el simple uso del ojo humano y en algunos casos, con la ayuda de algún dispositivo óptico, ya sea para mejorar la percepción visual (lupas, lentes, etc.) o para proporcionar o visual en zonas de difícil , tal como en el interior de tuberías y equipos donde se emplean baroscopios y pequeñas videocámaras rígidas o flexibles. La inspección visual y óptica es aquella que utiliza la energía de la porción visible del espectro electromagnético. Los cambios en las propiedades de la luz, después de entrar en o con el objeto inspeccionado, pueden ser detectados por el ojo humano o por un sistema de inspección visual. Sus siglas en inglés son VT= Visual Testing. Según los instrumentos que se utilicen como ayuda a la visión, y la distancia (o el ) que se tenga entre el inspector y el objeto de estudio, la Inspección Visual se puede dividir en dos grupos:
Inspección Visual Directa: La inspección se hace a una distancia corta del objeto, aprovechando al máximo la capacidad visual natural del inspector. Se usan lentes de aumento, microscopios, 37
lámparas o linternas, y con frecuencia se emplean instrumentos de medición como calibradores, micrómetros y galgas para medir y clasificar las condiciones encontradas.
Inspección Visual Remota: Se utiliza en aquellos casos en que Figura 25. Inspección visual directa. no se tiene directo a los componentes a inspeccionar, o en aquellos componentes en los cuales, por su diseño, es muy difícil ganar a sus cavidades internas. Se puede llegar a la mayoría de las cavidades internas y lugares inaccesibles para el inspector.
Figura 26. Inspección visual remota.
Maquinaria: Se usan boroscópios que disponen de una fuente de iluminación que funciona por fibra óptica, lo cual asegura una correcta iluminación de toda la zona a inspeccionar incluso cuando 38
se produce una rotación o giro de la cabeza del boroscópios., videoscópios que utilizan un sensor de imagen en su extremo para la transmisión de imágenes del interior de los objetos o más frecuentemente de las partes inaccesibles de éstos y fibroscópios que utiliza fibras ópticas para la transmisión de imágenes del interior de los objetos, o más frecuentemente de las partes inaccesibles de éstos.
. Figura 27. Boroscopio.
Figura 28. Videoscopio.
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Figura 29. Fibroscopio.
Aplicaciones: La inspección visual es utilizada para los siguientes propósitos: La inspección de superficies expuestas o accesibles de objetos opacos (incluyendo la mayoría de ensambles parciales o productos terminados). La inspección del interior de objetos transparentes (tales como vidrio, cuarzo, algunos plásticos, líquidos y gases). Detectar errores en el proceso de manufactura. Obtener información acerca de la condición de un componente que muestra evidencia de un defecto. Dar una valoración total de la condición de una pieza, estructura, componente o sistema. Proveer una detección temprana antes que una discontinuidad alcance un tamaño crítico. Inspeccionar lugares que están fuera del alcance de los inspectores, mediante instrumentos diseñados para dicho trabajo.
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Figura 30. Vista según la inspección remota visual.
3.2.2.3 Ensayo de líquidos penetrantes.
Es un tipo de Ensayo No Destructivo que se utiliza para detectar e identificar discontinuidades presentes en la superficie de los materiales examinados. Generalmente, se emplea en aleaciones no ferrosas, aunque también se puede utilizar para la inspección de materiales ferrosos, cuando la inspección por partículas magnéticas es difícil de aplicar. En algunos casos se puede utilizar en materiales no metálicos.
Materiales: Pueden ser Tipo I = Penetrante fluorescente ó tipo II = Tintas permanentes o visibles
Procedimiento: Consiste en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la superficie en estudio, el cual penetra en cualquier discontinuidad que pudiera existir debido al fenómeno de capilaridad. Después de un determinado tiempo, se remueve el exceso de líquido y se aplica un revelador, el cual absorbe el líquido que ha penetrado en las discontinuidades y sobre la capa del revelador se delinea el contorno de éstas. 41
Figura 31. Proceso de ensayo de líquidos penetrantes
Este ensayo se basa en el principio físico conocido como "Capilaridad" y consiste en la aplicación de un líquido con buena penetración en pequeñas aberturas sobre la superficie del material a inspeccionar. Una vez que ha transcurrido un tiempo suficiente como para que el líquido penetre, se realiza una remoción del exceso de líquido penetrante y a continuación se aplica un líquido absorbente comúnmente llamado "revelador", de color diferente al líquido penetrante, el cual absorberá el líquido que haya penetrado en las aberturas superficiales. Por consiguiente, las áreas en las que se observe la presencia de líquido penetrante después de la aplicación del líquido absorbente, son áreas que contienen discontinuidades superficiales (grietas, perforaciones, etc.).
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Tabla 10. Esquema de líquidos penetrantes.
3.2.2.4 Ensayo de partículas magnéticas. Permite detectar discontinuidades superficiales y sub-superficiales en materiales ferromagnéticos como el hierro, el cobalto y el níquel. Debido a su baja permeabilidad magnética, no se aplica ni en los materiales paramagnéticos (como el aluminio, el titanio o el platino) ni en los diamagnéticos (como el cobre, la plata, el estaño o el zinc). Los defectos que se pueden detectar son únicamente aquellos que están en la superficie o a poca profundidad. Cuanto menor sea el tamaño del defecto, menor será la profundidad a la que podrá ser detectado.
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Maquinaria: SeEsquema usa el del yugo magnético, el cual posee dos polos Figura 32. ensayo de partículas magnéticas. magnéticos configurables universales para hacer la inspección de forma diversa.
Figura 33. Yugo magnético.
Procedimiento: 44
Si un material magnético presenta discontinuidades en su superficie, éstas actuarán como polos, y por lo tanto, atraerán cualquier material magnético o ferromagnético que esté cercano a las mismas. De esta forma, un metal magnético puede ser magnetizado local o globalmente y se le pueden esparcir sobre su superficie pequeños trozos de Partículas Magnéticas y así observar cualquier acumulación de las mismas, lo cual es evidencia de la presencia de discontinuidades sub-superficiales o superficiales en el metal. En general, existen dos principales medios o mecanismos mediante los cuales se puede aplicar las partículas magnéticas, estos son: vía húmeda y vía seca. Así mismo, existen dos principales tipos de partículas magnéticas: aquellas que son visibles con luz blanca natural o artificial y aquellas cuya observación debe ser bajo luz ultravioleta, conocidas comúnmente como partículas magnéticas fluorescentes.
Figura 34. Ensayo de partículas magnéticas
CONCLUSIONES
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Cuando se aplica una tensión uniaxial a una barra de metal, el metal primero se deforma elásticamente y después plásticamente ocasionando una deformación permanente.
Las magnitudes de tracción y alargamiento (ductilidad) de un metal o aleación se obtienen del diagrama esfuerzo/deformación convencionales derivados del ensayo de tracción.
Los ensayos destructivos son en los que se produce una rotura o daño sustancial en la estructura del material.
El ensayo de tracción es el método utilizado para determinar la resistencia a la tracción, la resistencia a la ruptura y la resistencia a la conformación de una muestra.
El ensayo de compresión es el método de ensayo que consiste en aplicar una carga axial de compresión gradualmente creciente a una probeta estándar hasta que ocurra la fractura. Se toma nota de carga y acortamiento.
El ensayo de plegado es el método utilizado para probar materiales frágiles. En el momento que muestra comienza a deformarse bajo un fuerza aplicada, la parte inferior experimenta una tensión a la tracción mientras que la parte superior experimento una tensión de compresión.
El ensayo de dureza permite determinar la resistencia de los materiales a la deformación plástica sobre la superficie de la muestra o en su sección.
Existen varios ensayos de dureza, pero los más relevantes son: dureza de Brinell, dureza de Rockwell, dureza de Shore, dureza de Vickers, duresa de Moh, dureza de Knoop y dureza de Leeb.
El ensayo de fluencia se realiza para analizar las características resistentes de los materiales en las condiciones que muestran un comportamiento visco elástico el cual es característico de materiales plásticos a
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temperatura, incluida la ambiente; y también materiales metálicos en ciertos rangos de temperaturas.
El ensayo de impacto es el método utilizado para determinar la tenacidad de un material. En ensayos de impacto hay dos tipos de ensayo que son relevantes, el ensayo de Charpy y el ensayo de Izod.
Los ensayos no destructivos son en los que no se altera de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales.
El ensayo de inspección por ultrasonido es el método de Ultrasonido se basa en la generación, propagación y detección de ondas elásticas (sonido) a través de los materiales, ya que por principio las ondas ultrasónicas pueden propagarse a través de todos los medios donde exista materia. Es una prueba confiable y rápida, que emplea ondas sonoras de alta frecuencia (0.25 a 25 MHz) producidas.
El ensayo de inspección visual es el método más básico y frecuente, ya que se puede obtener información inmediata de la condición superficial de los materiales que se estén inspeccionando, con el simple uso del ojo humano y en algunos casos, con la ayuda de algún dispositivo óptico, ya sea para mejorar la percepción visual (lupas, lentes, etc.) o para proporcionar o visual en zonas de difícil , tal como en el interior de tuberías y equipos donde se emplean baroscopios y pequeñas videocámaras rígidas o flexibles.
El ensayo de líquidos penetrantes es un tipo de Ensayo No Destructivo que se utiliza para detectar e identificar discontinuidades presentes en la superficie de los materiales examinados. Generalmente, se emplea en aleaciones no ferrosas, aunque también se puede utilizar para la inspección de materiales ferrosos, cuando la inspección por partículas magnéticas es difícil de aplicar. En algunos casos se puede utilizar en materiales no metálicos.
El ensayo de partículas magnéticas permite detectar discontinuidades superficiales y sub-superficiales en materiales ferromagnéticos como el hierro, el cobalto y el níquel. Debido a su baja permeabilidad magnética, no se aplica ni en los materiales paramagnéticos (como el aluminio, el titanio o 47
el platino) ni en los diamagnéticos (como el cobre, la plata, el estaño o el zinc).
BIBLIOGRAFÍA
Libro 48
NEWELL. James, Ciencia de materiales, aplicación en ingeniería, Rowan University, Alfaomega, primera edición, Capítulo 3. Medición de propiedades mecánicas, México, 2011. Libro SMITH F. William, Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales, McGrawHill, cuarta edición, Capítulo 6. Propiedades mecánicas de los materiales, Madrid, 2011. Webgrafia Facultad de ingeniería-UBA., Materiales industriales I, Ensayos destructivos, tomado de: http://materias.fi.uba.ar/7201/ENSAYOS%20DESTRUCTIVOS.pdf Webgrafia Tecnología de los plásticos, Propiedades mecánicas, 27 de Junio de 2011, tomado de:http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.co/2011/06/propiedadesmecanicas.html Webgrafia Curso de fundamentos de ciencia de los materiales, Unidad 2. Características mecánicas de los materiales, tomado de: http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm02/fcm2_2.html Webgrafia BRAVO G, Jorge, Resistencia de materiales, ingeniería en prevención de riesgos, tomado de: http://slideplayer.es/slide/26721/ Webgrafia CASTELLANOS, Miguel, Tecnología de los materiales, Ensayos de materiales, 2013, tomado de: http://es.calameo.com/read/001009872d663248b0d08 Webgrafia Tema1. Introducción a los materiales, http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Tema1.Introduccion.pdf
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tomado
de:
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