CIENCIA DE MATERIALES METÁLICOS

REPORTE DE ENSAYOS DESTRUCTIVOS

UNIVERSIDAD CRISTÓBAL COLÓN INGENIERÍA INDUSTRIAL 7MO SEM. PROF: ING. MIGUEL ÁNGEL ARIAS SOLISALUMNO: JOSÉ ANTONIO AGUILAR VILLALVAZO

Abstract

En el presente reporte se presenta una breve explicación de los ensayos mecánicos destructivos.

I. OBJETIVO

Reafirmar los estudios vistos en clase con el fin de mejorar la comprensión de los mismos.

I. DESARROLLO

Ensayos Destructivos Mecánicos

Los ensayos destructivos son pruebas que a las que se someten los materiales con el fin de comprobar sus propiedades como dureza, tenacidad, resistencia mecánica, ductilidad, y así poder verificar la calidad de dicho material y hacer una correcta aplicación de ellos. Estos ensayos son muy importantes ya que nos muestran en una manera proporcional, como los materiales se desempeñarían en distintas situaciones. Los ensayos más importantes son los siguientes.

Composición Metalografía Tracción Impacto Dureza Fatiga

Composición

La determinación de la composición química cualitativa y cuantitativamente de los metales y sus aleaciones se efectúa en forma general mediante los procedimientos llamados: VIA HÚMEDA y VIA ESPECTROGRÁFICA.

Vía Húmeda

Es un proceso en el que una muestra es disuelta, generalmente, en agua o en ácidos y emplea reactivos igualmente en solución. Constituye la base del análisis químico cualitativo clásico actual.

PRECIPITACIÓN COLORACIÓN Y DECOLORACIÓN DESPRENDIMIENTOS GASEOSOS CATÁLISIS INDUCCIÓN ENMASCARAMIENTO EXTRACCIÓN

La vía húmeda es un análisis químico en laboratorios especializados cuyos resultados son interpretados según los parámetros de la química inorgánica que competen a otra materia y sirve para determinar la presencia del el carbono y el azufre en la muestra.

Vía Espectográfica

Este constituye una análisis cualitativo simplificado en donde se pone en incandescencia una muestra del material a ensayar con una fuente externa de calor; la luz emitida por el material se descompone por medio de un prisma, en un espectro multicolor, cada línea del espectro corresponde a un

elemento químico determinado que se identifica sobreponiendo a la placa fotográfica un espectrograma transparente en el que están registradas las líneas de color correspondientes a los diferentes elementos químicos. Los cuantómetros son los más modernos y perfectos aparatos y obtienen resultados en menos de cinco minutos. Para analizar el Carbono, el Azufre y el Fósforo, el arco sobre la muestra debe producirse en vacío por lo que, como equipo adicional, los cuantómetros están equipados con una bomba rotatoria de dos etapas y de inyección de Argón para producir el vacío y barrer el último vestigio de aire en la cámara de chispas.

Metalografía

Los ensayos metalográficos o estructurales se basan en la observación microscópica de la superficie de una probeta adecuadamente preparada en donde se hace visible la forma, tamaño, tonalidad, orientación, etc. de los diferentes microconstituyentes o granos que forman la estructura cristalina de los materiales, pudiéndose revelar también, del estudio de la misma, los tipos de inclusiones e impurezas y los tratamientos térmicos o mecánicos a que han sido sometidas las piezas.

Los pasos a seguir en un ensayo metalográfico son los siguientes:

Desbaste o esmerilado burdo. Pulido intermedio. Pulido fino. Ataque con reactivo. Observación microscópica. Impresión de microfotografía. Interpretación de resultados.

Los Microscopios usados en los ensayos metalográficos son del tipo ópticos o metalográficos de banco que alcanzan ampliaciones no mayores de 2000 veces (2000x) y los microscopios electrónicos que alcanzan ampliaciones de 30,000x a 200,000x y los más potentes hasta de 600,000x.

Tracción

Consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta con una fuerza estática o aplicada lentamente. La prueba se efectúa en una Máquina Universal de Tracción que puede tener acoplado un extensómetro para medir la elongación de la probeta sometida a la prueba y un graficador para obtener la curva esfuerzo-deformación. Los resultados se interpretan matemáticamente y se da a conocer, el procentaje de alargamiento, la elongación (ductilidad) y la resistencia mecánica.

Impacto

Se define también como ensayo de tenacidad, donde la tenacidad es la cantidad de energía absorbida por un material hasta

antes de su ruptura y está presente en los materiales con una buena ductilidad y resistencia mecánica.

Esta prueba se realiza mediante una máquina ensayadora de impacto del tipo “izod” o “charpy” cuya diferencia radica en la forma de sujeción de la probeta. En esta prueba se coloca la probeta (a cierta temperatura) en la máquina y con un “martillo” integrado se le golpea y al tiempo que la probeta absorbe el golpe, un medidor muestra la energía absorbida hasta su ruptura.

Dureza

Entre las propiedades fundamentales de los metales se encuentra la cohesión que como se sabe, es la resistencia que ofrecen los átomos de un cuerpo a separarse. La cohesión se valoriza mediante los ensayos de dureza. Se define la dureza como la oposición que ofrecen los cuerpos a ser rayados o penetrados por otro. Dentro de los métodos conocidos se encuentran:

1. Dureza Rockwell: está basado en la profundidad de la penetración del indentador. Se aplica con una precarga de 10 Kgf, la cual se considera como el nivel cero de la penetración. Se realizan mediciones de dureza volumétrica según escalas A, B y C y también para durezas superficiales según escalas T y N.

2. Dureza Brinell: consiste en indentar la superficie metálica con una bola de carburo de wolframio de 1, 2,5 y 5 mm de diámetro y con cargas de 10, 30, 62,5 y 187,5 Kgf

3. Dureza Vickers: usa un indentador de diamante de forma piramidal y de base cuadrada con ángulos de 136º y también se cuenta con uno de 120º. El durómetro cuenta con cargas de 10, 30 60 y 100 Kgf

4. Dureza Knoop: procedimiento llamado también de microdurezas, se basa en la formación de pequeñas huellas o impresiones extremadamente pequeñas. Las cargas aplicadas varían entre 1 kg. y 100 Kg. dependiendo del material de que se trate. Utiliza una pirámide de diamante del tipo Vickers de base cuadrada o también un marcador piramidal alargado de diamante. En la microhuella formada en la máquina Knoop se mide la longitud de la diagonal más larga con ocular de micrómetro de rosca, convirtiendo este valor en dureza Knoop (HK) usando las tablas correspondientes o en su defecto aplicando la fórmula empírica.

Fatiga

Se define la fatiga como el desfallecimiento que sufren los metales al cabo de un determinado número de esfuerzos alternados de intensidad variable; en una falla por fatiga se distinguen 3 períodos:

1. Incubación de la falla1. Fisuración progresiva1. Ruptura final

El aspecto que presentan las piezas que fallan por fatiga denotan dos partes que corresponden a los dos últimos períodos antes señalados:

A.- Una zona de grano Fino

B.- Una zona de grano Grueso

Termofluencia

Se define la termofluencia como “LA DEFORMACION LENTA” y permanente, a lo largo del tiempo, que sufren los materiales sometidos a un esfuerzo constante, con el efecto combinado de la temperatura. Esta acción se produce en casi todos los materiales empleados en ingeniería mas sin embargo, en el caso de los metales, solo es importante a temperaturas superiores a poco menos de la mitad de la temperatura de fusión (0.4Tf).

En la Termofluencia se pueden distinguir 3 etapas:

1. Termofluencia primaria o transitoria, en donde la deformación sufrida es del tipo elástica2. Termofluencia Secundaria o estacionaria, en donde la deformación continúa a velocidad

constante3. Termofluencia Terciaria en donde la deformación se acelera con velocidad de

termofluencia hasta la ruptura final Con el objeto de determinar las características de TERMOFLUENCIA de un material, se

practica un ensayo con una probeta cilíndrica similar a las usadas en el ensayo de tracción que se introduce a un horno de diseño especial como se muestra en la figura, y se le aplica un esfuerzo; la probeta sufre un alargamiento (escaso) que depende del esfuerzo aplicado y del módulo de elasticidad del material a esa temperatura.-

La gráfica a continuación ilustra una curva típica de Termofluencia que muestra la deformación producida como una función del tiempo para esfuerzo y temperatura constante.

Alta temperatura o alto esfuerzo

Temperatura o esfuerzos medianos

E Baja temperatura o bajo esfuerzo

t

II. CONCLUSIÓN

Es importante conocer estas pruebas debido a que en el campo laboral local, están muy presentes en las empresas del área metalmecánica y petrolera.

Sería de gran ayuda ver físicamente un ensayo de termofluencia y fatiga en alguna de las empresas locales para poder visualizar y comprender estos 2 grandes temas.