¨ensayo de dureza y traccion.¨ -...
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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CELAYA
Ingeniería industrial
Propiedades de los materiales
Grupo C
¨ENSAYO DE DUREZA Y
TRACCION.¨
EQUIPO 1:
Integrantes:
• Andrade Campillo Rodolfo
• Barrón Landeros María Fernanda
• Acosta Zavala Adrián
• Aguilar Ortega Yazmin Monserrat
• Arana Bustamante Regina
ASESOR: M.C. Ángel Guerrero Navarrete
Celaya,Gto. 31/Marzo/2020
Introducción
El ensayo de dureza es, juntamente con el de tracción, uno de los más empleados
en la selección y control de calidad de los metales.
El ensayo a tracción es la forma básica de obtener información sobre el
comportamiento mecánico de los materiales. mediante una máquina de ensayos
se deforma una muestra o probeta del material a estudiar, aplicando la fuerza
uniaxialmente en el sentido del eje de la muestra
El ensayo de dureza permite determinar la resistencia que ofrece un material a ser
rayado o penetrado por una pieza de otro material distinto.
Objetivo
Ilustrar, mediante la experiencia, las propiedades mecánicas de los materiales que
se derivan a partir de un ensayo a tracción o de dureza, esto para saber
propiedades de los materiales como lo son la resistencia al ser rayado, penetrado
o a la deformación para saber si tiene las características requeridas para el uso o
el trabajo que se necesite cumplir.
ENSAYO DE DUREZA PARA DETERMINAR DIFERENTES
PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES.
Para poder iniciar, debemos tener muy claro el concepto de dureza, se entiende
por dureza a la propiedad que tienen los materiales en general de resistir la
penetración de un indentador sometido bajo carga, de manera que la dureza
representa la resistencia del material a la deformación plástica localizada en su
superficie.
Existen diferentes tipos de ensayo para este tema, como lo son: MARTENS,
TURNER, VICKERS, ROCKWELL, BRINELL, etc.
En este caso, el que nosotros estamos analizando un ensayo de dureza Brinell. El
cual consiste en lo siguiente:
La norma ASTM E 10-78 define la dureza Brinell como
un método de ensayo por indentación por el cual, con el
uso de una máquina calibrada, llamada durómetro, se
fuerza una bola fabricada de un acero templado extra
duro de un diámetro (D) determinado (función del
espesor de la probeta a ensayar), y bajo unas
condiciones específicas, contra la superficie del material
que se quiere calcular su dureza, mediante la aplicación
de una fuerza (P) durante un tiempo (t) dado.
Como resultado del ensayo aparecerá una huella que tendrá forma de casquete
esférico de diámetro (d) en la superficie de la probeta ensayada.
El valor que hay que medir en el ensayo es precisamente este diámetro (d) del
casquete que se forma en la superficie del material. La dureza Brinell (HB) viene
definida entonces por la siguiente expresión:
HB = P / S
- (S) la superficie de la huella que queda sobre la probeta del material ensayado,
que suele resultar con forma de casquete esférico, como se ha dicho.
-La fuerza (P) de la expresión anterior se expresa en kp (kilopondios) y
-La superficie de la huella (S) en mm2.
Para poder llevar a cabo este proceso, se necesitan los siguientes materiales:
➢ Probeta de acero 1020
➢ Penetrador de 2.5 mm
➢ Maquina de ensayo de dureza Brinell (Durómetro)
➢ Microscopio cat.
Para llevar a cabo este procedimiento previamente se tiene que realizar el ensayo de dureza Brinell, se debe preparar la superficie del material a evaluar.
Preparación de la superficie
Antes de someter el material a la unidad de ensayo de dureza Brinell, éste debe haberse:
• Mecanizado • Esmerilado • Lapeado • Pulido
En esta ocasión se trabajó el ensayo con una pieza de acero 1020, de la cual su
ficha técnica fue mencionada en el ensayo anterior donde se especifican cada una
de las características, propiedades y uso de este material. Como ya se ha
mencionado, para la realización de los ensayos de dureza Brinell se utiliza una
máquina calibrada llamada durómetro, que es el tipo de máquina empleada para
medir la dureza de los materiales.
Primero se analiza la Probeta que estamos utilizando, la cual es Probeta de acero
1020, como ya se dijo anteriormente, uno de los pasos importantes antes de
empezar, es limpiar muy bien nuestro material y de la misma forma, asegurarnos
de que el centro del diámetro no tiene que estar cerca de los bordes de la probeta
y por lo menos tres veces el diámetro de separación de alguna impresión previa
que se hiciera en la probeta.
El Identador o penetrador de 2.5 mm que estamos utilizando, es de acuerdo al
espesor de la probeta que se usa, y para eso se utiliza la siguiente tabla.
Se utiliza el aparato de dureza o durómetro marca Wolpert. El cual contiene tres opciones de ensayos de dureza, Vickers, Rockwell y Brinell en el cual se selecciona Brinell.
Ya con todo esto previamente preparado, comenzamos colocando el penetrador de 2.5 mm, para así de esta manera asegurar el identador al equipo.
En la parte derecha del aparato se localizan números en los cuales se determina la fuerza que se aplica al identador, para esto se debe revisar la tabla de magnitud aplicada en el identador o penetrador. La cual se muestra a continuación.
De acuerdo al material que estamos utilizando se selecciona la fuerza que se le aplicara al material, en este caso es Acero 1020 y su grado de fuerza es de 30.
Tambien se checa la tabla de diámetro
de perforador que estamos usando que
es de 2.5 mm, con esto ubicamos el
grado de fuerza y tenemos como
resultado que tenemos que aplicar una
fuerza de 187.5 kg/f.
En base a los datos ya checados,
procedemos a seleccionar 187.5 en
el durómetro.
Despues de realizar este paso se procede acomodar nuestra probeta
asegurándonos de que quede perfectamente alineada, recordando lo
anteriormente mencionado, que no debe quedar el perforador sobre los bordes,
tampoco debe de estar cerca de otra muestra que se realizara previamente. Nos
aseguramos de que quede perfectamente centrado.
Debemos ajustar el nivel con un
ascensor manual que se
encuentra en la parte inferior de la
maquina, para asegurarnos de
que la pieza llegue a tocar apenas
el perforador. Una vez que este
perfectamente centrada la pieza y
que este al nivel adecuado
procedemos a hacer el ensayo.
En la parte derecha inferior del
aparato se encuentra una palanca
el cual debemos accionar hacia la
izquierda como se muestra en la imagen.
Una vez accionada la palanza se debe esperar un tiempo de 15 segundos para
que se realice la prueba. Pasado este tiempo deberemos quitar la palanca
jalándola hacia el lado derecho y comenzar a bajar la plataforma para poder retirar
la probeta.
Ya retirada la pieza, se procede a tomar medidas
del diámetro que realizo el penetrador en la
pieza, para ello se hace uso de microscopio
como el que se muestra en la imagen el cual
viene graduado.
La vista que se obtiene gracias al microscopio es la siguiente, en el cual se
determino que el diámetro realizado por el perforador es de 1.4 mm, este dato nos
ayudara a determinar más adelante la dureza del material.
ENSAYO DE TRACCION PARA DETERMINAR DIFERENTES
PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES.
Uno de los ensayos mecánicos tensión-deformación más común es la realizada
atracción.
El ensayo de tracción puede ser utilizado para determinar varias propiedades de
los materiales y se realiza con la máquina Universal.
La versatilidad del ensayo de tracción radica en el hecho de que permite medir al
mismo tiempo, tanto la ductilidad, como la resistencia. El valor de resistencia es
directamente utilizado en todo lo que se refiere al diseño. Los datos relativos a la
ductilidad proveen una buena medida de los límites hasta los cuales se puede
llegar a deformar el acero normalmente se deforma
una probeta hasta rotura, con una carga de tracción que aumenta gradualmente y
que es aplicada úniaxialmente a lo largo del eje de la probeta.
Al iniciarse el ensayo, el material se deforma elásticamente; esto significa que, si
la carga se elimina, la muestra recupera su longitud inicial.
Se dice que el material sobrepasó su límite elástico cuando la carga es de
magnitud suficiente para iniciar una deformación plástica, esto es, no recuperable.
En otras palabras, el material no recupera su
longitud inicial si se elimina la carga aplicada. El
esfuerzo alcanza su máximo en el valor de
resistencia máxima a la tensión. En este valor de
esfuerzo, se forma en la probeta una estricción o
cuello, la cual es una reducción localizada en el
área de la sección transversal, en la que se
concentra todo el alargamiento posterior. Una
vez formado este cuello, el esfuerzo disminuye
al aumentar la deformación y continúa
disminuyendo hasta que la probeta se rompe.
Estirando el material, podemos determinar
rápidamente cómo el material va a reaccionar ante las fuerzas que se le aplican y
que tratan de estirarlo. A medida que estiramos el material, iremos viendo la
fuerza que hacemos en cada momento y la cantidad que se estira el material
(alargamiento).
Lógicamente Los ensayos de tracción se realizan con los materiales dúctiles, con
un cierto grado de plasticidad, tales como los materiales metálicos ferrosos y no
ferrosos, plásticos, gomas, fibras, etc.
tiene plasticidad es un material que tiene la capacidad de deformarse ante fuerzas
externas antes de llegar a romperse. Si el material no tuviera plasticidad no se
deformaría antes de romperse.
Máquina universal de ensayos, ¿qué es y por qué se llama así?
Una máquina universal de ensayos, es una máquina semejante a una prensa, con
facultades para someter materiales a ensayos de tracción, compresión o
flexión para medir sus propiedades. La fuerza ejercida se logra mediante placas
de compresión o mordazas (cónicas o laterales) accionadas por tornillos
(mordazas manuales) o sistema hidráulico (mordazas hidráulicas).
La máquina universal de ensayos tiene como función comprobar la resistencia de
diversos tipos de materiales. Para esto posee un sistema de servocontrol
(servolazo) que aplica cargas controladas sobre una probeta (modelo de
dimensiones preestablecidas) y mide en forma de gráfica la deformación, y la
carga al momento de su rotura.
¿Qué tipos de ensayos se pueden hacer?
Por ejemplo, en el ámbito de laboratorio, se usan probetas a escala, que
conservan las propiedades completas del material que deseamos probar. Pueden
ser a tracción, a compresión o a flexión.
Diferentes tipos de ensayos: tracción, compresión, cizalladura, flexión, pelado,
desgarramiento, cíclico y ductilidad a la flexión.
Y algunas propiedades que son evaluadas son:
1- Elasticidad
2- Esfuerzo
3- Alargamiento
4- Dureza
5- Embutibilidad
6- Resiliencia (Energía de deformación)
Tipos de probetas
Las probetas de ensayo para materiales metálicos se obtienen, generalmente por
mecanizado de una muestra del producto objeto de ensayo, o de una muestra
moldeada.
En el caso de tratarse de productos que tengan una sección constante (perfiles,
barras, etc.) o de barras obtenidas por moldeo, se pueden utilizar como probetas
las muestras sin mecanizar. La sección de la probeta puede ser circular, cuadrada
o rectangular.
Generalmente las probetas de ensayo para materiales no metálicos se pueden
preparar por prensado, por inyección o bien por arranque de viruta mediante corte
de planchas. En general hay tres tipos de probeta:
1.- Plásticos rígidos y semirrígidos.
El tipo de probeta M-III se empleará cuando el material sometido al ensayo
presente un espesor de 4 mm o menor y el tipo de probeta M-II se usará cuando
sean requeridas comparaciones directas entre materiales con diferente rigidez (no
rígido y semirrígido).
2.- Plásticos no rígidos
Se emplea el tipo de probeta M-II con espesores de 4 mm o menores. El tipo de
probeta M-I debe ser empleado para todos los materiales con espesores
comprendidos entre 4 y 10 mm.
3.- Materiales compuestos reforzados
Las probetas para materiales compuestos reforzadas serán del tipo M-I. En todos
los casos el espesor máximo de las probetas será de 10 mm. Las probetas que se
van a ensayar deben presentar superficies libres de defectos visibles, arañazos o
imperfecciones.
Procedimiento Experimental
-Medir el ancho y espesor de la probeta con un calibre o nonius en diferentes
puntos a lo largo de su sección.
-Hacer una marca en la probeta para poder medir posteriormente el alargamiento
máximo experimentado.
-Colocar la probeta en la máquina de ensayo y sujetarla con las mordazas.
-Ensayo de Tracción
-Seleccionar la velocidad de ensayo de acuerdo con la norma ASTM. Ha de ser
siempre aquella que provoque rotura de la probeta en un tiempo comprendido
entre 0.5 y 5 minutos.
Los datos obtenidos en los ensayos de tracción se pueden utilizar para comparar
distintos materiales y comprobar si algunos de ellos podrán resistir los esfuerzos a
los que va a estar sometido cuando es utilizado en una determinada aplicación,
por ejemplo, un metal en un puente, un ladrillo en una vivienda, una viga, etc.
Muchos materiales, cuando prestan servicio están sometidos a fuerzas o cargas,
ejemplos de ello son los revestimientos refractarios de los hornos, las aleaciones
de aluminio con las cuales se construyen las alas de los aviones, el acero de los
ejes de los automóviles o las vigas y los pilares de los edificios. En tales
situaciones es necesario conocer las características del material y diseñar la pieza
de tal manera que cualquier deformación resultante no sea excesiva y no se
produzca su rotura.
El Ensayo de Tracción
Para estos ensayos se utilizan trozos de material llamados "probetas" o
"muestras". Una probeta del material es un trozo de material con dimensiones
normalizadas para realizar ensayos, como el de tracción. Estas dimensiones
normalizadas son la longitud de la probeta y el área de su sección transversal. Ojo
no confundir con una probeta de laboratorio de física o química que sirven para
medir volúmenes.
Se coloca y agarra por sus extremos la probeta entre dos accesorios llamados
"agarres" o "mordazas" que sujetan la probeta en la máquina del ensayo
Normalmente la probeta se coloca en vertical. Ahora comenzamos a aplicar una
fuerza exterior por uno de los extremos de la probeta a una velocidad lenta y
constante. El otro extremo de la probeta permanecerá fijado al agarre, aunque en
alguna máquina se hace fuerza sobre la probeta por los dos extremos.
Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el sentido de
aplicación de la fuerza. En el caso del ensayo de tracción, la fuerza se aplica en
dirección del eje de ella y por eso se denomina axial. La probeta se alargará en
dirección de su longitud y se encogerá en el sentido o plano perpendicular.
Según vamos aplicando cada vez más fuerza sobre la probeta, la probeta llegará
un momento que empezará a estirarse, disminuyendo su sección y aumentando
su longitud. Seguiremos aplicando cada vez más fuerza externa hasta que llegue
un momento que la probeta rompe. Este momento se llama el momento de la
fractura. Por este motivo se dice que el ensayo de tracción es un ensayo
destructivo, la pieza se rompe y ya no sirve.
Durante el ensayo vamos anotando los datos de fuerza (también llamada carga) y
estiramiento de la probeta. Con los datos obtenidos en el ensayo podemos hacer
una gráfica llamada "Curva de Tensión-Alargamiento".
Por tensión se entiende la fuerza aplicada a la probeta en cada momento, pero
OJO por unidad de sección. La unidad de tensión en el SI (sistema internacional)
es el Newton/metro cuadrado, aunque a veces por ser prácticos se expresa en
Kg/mm2 (milímetros cuadrados). Como ves será Newtons porque es la unidad de
fuerza y metros cuadrados por que es por cada unidad de sección, que como
sabes la sección se mide en metros cuadrados, milímetros cuadrados, etc.
Una vez finalizado el ensayo, la muestra de ensayo rota se recoge para medir la
longitud final y se compara con la longitud original o inicial para obtener la
elongación. Se calcula con la siguiente fórmula:
La elongación en mecánica es la
distancia que, en un instante dado,
separa a una partícula o cuerpo
sometidos a oscilación de su posición
de equilibrio.
La medida de la sección
transversal original también se
compara con la sección
transversal final para obtener
la reducción del área.
Norma
Los ensayos de tracción por lo general deben cumplir con los requisitos dado las
normas con la que se realiza, las cuales definen la forma y dimensiones de la
probeta, la velocidad de la prueba, la calibración y precisión del equipo, las
condiciones ambientales y la información que se debe presentar en el informe de
la prueba. Para materiales metálicos los estándares implementados son la EN ISO
6892-1 y la ASTM E8/8M.
Como lo pudimos observar en el video del ensayo de traccion ahí te muestra como
va paso por paso, lo primero pues fue medir la probleta y despues colocarla en la
maquina universal y ajustarla bien para que no valla a estar mal ajustada.
Ahora se empieza el proceso estirando el material y podemos determinar
rápidamente cómo el material va a reaccionar ante las fuerzas que se le aplican y
que tratan de estirarlo. A medida que estiramos el material, iremos viendo la
fuerza que hacemos en cada momento y la cantidad que se estira el material
(alargamiento).
Conclusión
En este ensayó de dureza es una condición de la superficie del material y no
representa ninguna propiedad fundamental de la materia.
Gracias a la variedad de ensayos de dureza que se pueden realizar en los
materiales podemos tener la certeza de que tipo de materiales estamos usando y
en que podemos emplear.
El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta
determinada.
El ensayo de dureza es, justamente con el de tracción, uno de los mas empleados
en la selección y control de calidad de los materiales
Referencias
https://www.youtube.com/watch?v=NyV7hnqAmvI
https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn218.html
https://www.youtube.com/watch?v=Klx9KO1gOdI
https://youtu.be/2edtdDZlRWQ
https://www.areatecnologia.com/materiales/ensayo-de-traccion.html