Propiedades en los materiales

Dureza:

Definición: Es una medida de la resistencia de un material a la deformación plástica localizada. Cualitativamente, la dureza se determina mediante la capacidad de un material a ser rayado por otro. En sí la dureza es una propiedad de la capa superficial del material y no del material en sí. Por ejemplo la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene mucha dureza, mientras que el vidrio es mucho más difícil de rayar.

Implicancia: La dureza implica evaluar las variaciones, fallas, en la superficie del material (abolladura, ralladura).

Ensayo: se llama ensayo de dureza en donde se aplica una fuerza perpendicular con un penetrador que por lo general es punta de diamante. Éste deja una huella sobre la superficie del material que depende de la forma del penetrador y en la maquina existe una escala y dependiendo del material se cualifica la dureza.

Densidad:

Es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de sustancia, la densidad es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.

Causa:

Tipo de enlace

Tipos de densidades

Densidad absoluta o densidad: esta magnitud expresa la relación que existe entre la masa y el volumen de una sustancia. Su unidad de medida en el sistema internacional es el kilogramo sobre metro cubico (kg/m³).

Densidad relativa: la densidad relativa es la relación que existe entre la densidad de la sustancia y otra densidad que se utiliza de referencia, es una magnitud adimensional

Densidad media o densidad puntual: Para un sistema homogéneo, la expresión masa/volumen puede aplicarse en cualquier región del sistema obteniendo siempre el mismo resultado. Sin embargo, un sistema heterogéneo no presenta la misma densidad en partes diferentes. Se mide en kilogramo sobre metro cubico (kg/m³).

Densidad aparente: La densidad aparente de un material o un cuerpo es la relación entre el volumen y el peso seco, incluyendo huecos y poros que contenga, aparentes o no. Se mide en kilogramo sobre metro cubico (kg/m³).

Fractura:

Definición: Separación de un sólido bajo tensión en dos o más piezas

Causas:

Aplicar a un sólido un esfuerzo de tracción mayor a su esfuerzo de rotura

Clasificación:

Fractura dúctil: ocurre por un intensa deformación , se forman cavidades en la zona de estrangulamiento, luego estas cavidades se fusionan en el centro y forman una grieta que se extiende hacia el exterior con una dirección perpendicular al esfuerzo de tracción, al acercarse a la superficie la grieta cambia su dirección 45° formando una rotura cono y embudo.

Fractura frágil: esta fractura ocurre sin deformación apreciable debido a que la grieta se propaga rápidamente, ocurre a lo largo de los planos cristalográficos o también llamados de rotura que son perpendiculares a la dirección del esfuerzo .

Ensayo: se realiza a simple inspección en la cual se trata determinar el porcentaje de fractura frágil o dúctil que existe.

Fatiga:

Definición: Estado por el cual un material está sometido a fluctuaciones o tensiones de manera reiterada, superando para valores de esfuerzos aplicados a los que soportaría sus límites.Es una de las fallas más comunes que se presentan en las roturas.

Causas de la fatiga:

Esfuerzo máximo de tracción. Fluctuación de la carga, que supere a la mínima.

Halla una relación R = σmáxσmín

en tuberías.

Límite de fatiga (σ f ): Valor por debajo del cual no se produce rotura por fatiga.

σ f = σ R2

“A mayor resistencia de tracción, mayor resistencia a la fatiga”

Ensayo de fatiga: Es aquel en el que la pieza está sometida a esfuerzos variables en magnitud y sentido, que se repiten con cierta frecuencia.

Si la diferencia entre el esfuerzo máximo y el esfuerzo mínimo que sufre la pieza en un determinado ciclo supera el valor del límite de fatiga, entonces se corre el riesgo de rotura si este fenómeno se repite durante varios ciclos.

Desgaste

Definición: Perdida de la masa en la superficie de un material debido a la interacción mecánica con otro cuerpo, ósea, la eliminación de la materia en una superficie por acción mecánica, esta acción mecánica se da en forma de contacto debido a un movimiento relativo entre los 2 cuerpos.

Se da en 3 etapas:

Velocidad de desgaste alta primaria Velocidad de desgaste constante secundaria ( en esta se mide la vida util) Alto grado de envejecimiento ( falla )

Implicancia: En el desgaste influye la temperatura, la taza de formación, el estrés y la velocidad de deslizamiento y estos son determinantes para la utilización del material.

Ensayo: se determina por simple inspección el nivel del desgaste.

Oxidación:

Definición: La oxidación es el deterioro de un material debido a la reacción del oxígeno con el ambiente; en muchos materiales este proceso es muy lento y no ocasiona problemas, pero si los ocasiona a altas temperaturas.

La oxidación puede ser porosa lo que permite que la oxidación continúe, o adherente e impermeable a la oxidación.

La oxidación causa:

Baja eficiencia Deterioro del material Perdida de propiedades Perdida del material debido al oxido generado (desgaste)

Ensayo: se realiza a simple inspección pero se puede realizar un ensayo químico para determina el nivel de oxidación.

Resistencia

Definición: La capacidad que tiene el material para oponerse a la ruptura o a la deformación hasta la ruptura. Existe una relación entre la dureza (es una resistencia superficial) y la resistencia ya que en ambas el material se opone a la deformación.

Implicancias: La resistencia implica que tan bien puede trabajar un material a una fuerza externa que la tracciona o lo comprime por lo general. La resistencia de un material juega un papel primordial para el diseño de un mecanismo.

Medición de la propiedad: Se mide a través del esfuerzo que opone el material para deformarse o romperse y es cuantificable mediante un ensayo de tracción que nos permite obtener variables mediantes las cuales podemos evaluar el alargamiento y la resistencia.

Ensayo de tracción: Se sujeta una probeta normalizada del material a evaluar entre las dos mordazas de una máquina de tracción y se someta la probeta a una fuerza monoaxil que va incrementándose en forma progresiva. Este ensayo nos permite obtener una curva ingenieril la cual es muy útil para ver la sutileza del material.

Ensayo en el material : Tendríamos que evaluar la resistencia que tiene el material después de las condiciones por las cuales ha pasado la tubería , ya que no son las mismas después de un tiempo de funcionamiento y a la intemperie, otra razón que sería verificar los datos iniciales ya que no siempre son correctos o exactos.

Deformabilidad

Definición: Es un grupo de propiedades que expresan la capacidad de un elemento para sufrir deformación antes de la rotura haciendo referencia específicamente a la deformación permanente o deformación plástica.

La plasticidad de un elemento se define por dos propiedades:

Ductilidad: deformación plástica debido a la tracción Maleabilidad: deformación plástica debido a la compresión

Implicancias: La ausencia de deformación plástica se denomina fragilidad (rotura sin deformación), esta propiedad define mucho la utilización de cierto material para ciertas exigencias.

Ensayos: de tracción (se determinó en el apartado anterior): mide el módulo de elasticidad, que define la zona elástica y plástica.

Cristalinidad

Definición: Una estructura cristalina consiste en que la red está compuesta por átomos o iones ordenados.

La cristalinidad depende de las condiciones de temperatura y presión a las cuales el material ha sido solidificado. A una temperatura de sub-enfriamiento a la cual el elemento es solidificado, se define una velocidad de solidificación, la cual tiene una gran influencia en cómo se forman los granos y así determinar la microestructura del material.

La resistencia al creep en caliente mejora con menor cantidad de juntas de grano, por lo tanto mejora con una alta cristalinidad.

Implicancias: La resistencia aumenta con una mayor existencia de límites de grano, los cuales difieren en orientaciones y por lo tanto se considera un material menos cristalino a uno mayor cantidad de granos y más pequeños. Por esto se puede asumir que con una menor cristalinidad, habrá mayor dificultad en la propagación de las dislocaciones y por ende aumentar su resistencia a la deformación.

En cuanto a la relación del movimiento de dislocaciones y cristalinidad, un material menos cristalino tendría mayor acritud, pues las dislocaciones y límites de grano se obstruirían más entre sí y volverían el material mucho más duro con menos deformación.

Ensayo: La forma de definir la cristalinidad es con un estudio metalográfico del material en el cual se pueda observar la microestructura.

Tenacidad

Definición: Es la capacidad de los materiales para absorber energía en forma de deformación hasta la rotura, por lo general son los metales los más tenaces.

Implicancias:

La tenacidad para una material implica si es que este se puede deformara de forma dúctil o frágil hasta la rotura, en la cual y también está determinado por la resistencia, ductilidad y temperatura.

Medición de la propiedad:

Esta propiedad se mide a través de la resiliencia que es la capacidad del material para absorber energía hasta la rotura.

Ensayo:

Se realiza el ensayo charpie que se realiza normalmente para aceros.

Consiste en colocar una probeta normalizada en el péndulo de charpier en el cual se mide resiliencia, por lo general se realizan el ensayo a temperaturas diferentes para poder graficar la variación de la resiliencia respecto a la temperatura.

Corrosión

Definición: es la perdida de materia que sufren los materiales debido a un agente externo bajo condiciones específicas por la cual el material se vuelve susceptible y reacciona perdiendo materia.

Implicancia: la presencia de corrosión en un material indica la perdida de las propiedades mecánicas en este, en poco o gran medida es por eso que es necesario proteger el material de la corrosión.

Ensayos: existen varios ensayos para determinar la corrosión estos son algunos

Evaluación de pitting, mide la porosidad del material, el cual ha sido atacado por la corrosión, para medir el desgaste.

Ensayo galvánico, por existir contacto de 2 metales (material de la tubería y el recubrimiento), podemos medir el estado de la protección anticorrosiva.

Ensayo gravimétrico, es la medición de masa perdida midiendo al inicial y al final del proceso de corrosión.

Características y verificación de material en estudio

Para nuestro problema la primera pregunta que debemos plantearnos es que si el material es el que nos dicen, para esto debemos plantearnos que ensayos debemos realizar para comprobarlo.

Para esto hemos decidido realizar cuatro ensayos.

1.-Ensayo químico:

Este ensayo nos permitirá comprobar que el material que tenemos posee la composición química correcta y posibles residuos de corrosión que estén presentes en el material.

2.-Ensayo metalográfico:

Este ensayo nos permite comprobar si es que nuestro material posee la formar cristalográfica correspondiente y comprobar posibles cambios en la microestructura que pudieron haber ocurrido.

3.-Ensayo de tracción

Este ensayo nos dará los datos de la curva ingenieril de nuestro material, con el cual compararemos con los datos de las tablas que serían el normalizado para este material y saber si cumple con las exigencias a la cual debería trabajar y si es que existe algún deterioro de las propiedades mecánicas.

4.-Corrosión

Se recomienda hacer un ensayo de corrosión por muchos factores, siendo el primero una inspección visual de la pieza que fallo, luego determinar existe corrosión debido que existe un fluido (gaseoso)

en contacto con el metal, evaluar la presión del gas, ya que esta puede afectar a cualquier grieta, dicha grieta puede ser motivo de concentración de esfuerzos y principalmente punto focal donde puede iniciar la corrosión.

Pruebas

Evaluación de pitting, mide la porosidad del material, el cual ha sido atacado por la corrosión, para medir el desgaste.

Ensayo galvánico, por existir contacto de 2 metales (material de la tubería y el recubrimiento), podemos medir el estado de la protección anticorrosiva.

Ensayo gravimétrico, para medir la velocidad de corrosión media en un medio gaseoso, se mide a través de la resistencia eléctrica que se produce en el material, la cual se relaciona directamente con la corrosión del material en la tubería.

Medición, comparación de los espesores inicial y final del material para determinar el espesor perdido para evaluar el estado.