Propiedades tecnológicas materiales

MATERIALES
INDUSTRIALES
- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS
DE LOS MATERIALES -
TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II – 2º BACHILLERATO

Luis Miguel GARCÍA GARCÍA-ROLDÁN

Dpto. de Tecnología
IES CAP DE LLEVANT - MAÓ

Maó - 2010

Contenido

 Propiedades tecnológicas de los materiales industriales.
 Ensayo de propiedades físicas y químicas.
 Ensayo de propiedades mecánicas: Los ensayos de tracción, compresión,
dureza, tenacidad, fatiga.
 Resolución de problemas de aplicación de la ley de Hooke utilizando el
módulo de elasticidad.
 Representación grafica de la curva tensión/alargamiento y reconocimiento
de los puntos más destacados.
 Resolución de problemas de cálculo de dureza. Seguridad en la asimilación
de conceptos y en la resolución de problemas.
 Ensayos tecnológicos. Descripción de otros tipos de ensayos (rayos X,
ultrasónicos, etc.).
 Rigor con los detalles que definen los ensayos.
 Identificación de los materiales más utilizados en la industria por sus
propiedades físicas y pruebas sencillas de reconocimiento.
 Reconocimiento de la importancia que tienen los ensayos en la industria y
la economía productiva.
2
CONTENIDO PROP. MATERIALES ENSAYOS DE TRACCIÓN ENSAYOS DE DUREZA OTROS ENSAYOS

Propiedades de los materiales
industriales

 Propiedades químicas
 Propiedades físicas
 Propiedades mecánicas
 Propiedades estéticas y
económicas
 Propiedades de
fabricación

3

Propiedades químicas

Las propiedades químicas de los materiales son consecuencia
directa de su estructura química. Existen dos procesos naturales
que pueden alterar la composición química de un material:
 Oxidación
 Es la combinación de un material con el oxígeno para formar
óxidos más o menos complejos
 Corrosión
 Es una oxidación que se produce en ambientes húmedos o
en presencia de otras sustancias agresivas.

La resistencia que ofrezca un material a la oxidación y a la
corrosión son dos de sus principales propiedades químicas

4

Propiedades físicas (I)

Son consecuencia del ordenamiento en el espacio de los átomos. Las
principales son:

 Densidad
 Es la relación entre la masa de una determinada cantidad de material y el
volumen que ocupa. (Kg/m3)
 Peso específico
 Es la relación entre el peso de una determinada cantidad de material y el
volumen que ocupa. (N/m3)
 Propiedades eléctricas
 Resistividad es la resistencia que ofrece un material al paso de corriente
eléctrica. (m). Según sea la resistividad los materiales son conductores,
aislantes o semiconductores. Superconductores.
 Rigidez dieléctrica es la máxima tensión que puede soportar por unidad
de longitud un aislante sin que se produzca en él una chispa o descarga
(kV/cm)
5

Propiedades físicas (II)

 Propiedades térmicas

 Dilatación térmica es el aumento de tamaño de un material al
aumentar la Tª. Se debe a la mayor vibración de las partículas.
 Calor específico es la cantidad de calor que hay que aportar a la
unidad de masa de una sustancia para elevar un grado su Tª. (
J/(Kg K) )
 Tª de fusión es la Tª a la que una sustancia empiece a fundirse.
 Calor latente de fusión es el calor que hay que dar a la unidad de
masa de una sustancia que está a la Tª de fusión para que pase
de sólido a líquido. (kJ/mol)
 Difusión es el desplazamiento de los átomos de un cuerpo desde
su posición de equilibrio debido a la agitación térmica.
 Conductividad térmica es la capacidad de un cuerpo para
transmitir calor. (K)

6

Propiedades físicas (III)

 Propiedades magnéticas
 Según cual sea el comportamiento frente a los campos
magnéticos, los cuerpos pueden ser diamagnéticos (se
oponen al campo magnético debilitándolo. Ej: oro,
plata,…), paramagnéticos (aumentan ligeramente un
campo magnético aplicado. Ej: oxígeno, aluminio,…) o
ferromagnéticos (amplifican un campo magnético aplicado.
Ej: hierro, cobalto, níquel,…).

 Propiedades ópticas
 Según sea el comportamiento de un cuerpo al recibir luz
(ésta sufre reflexión, difusión y refracción), éste será
opaco, transparente o translúcido.

7

Propiedades mecánicas (I)

 Elasticidad
Es la capacidad para recuperar la forma primitiva cuando

cesa la carga que deforma a un material. Cuando se rebasa
el límite elástico la deformación será permanente.
 Plasticidad
 Es la capacidad de un material para adquirir deformaciones
permanentes sin llegar a la rotura. (maleabilidad y
ductilidad).
 Cohesión
 Es la resistencia que ofrecen los átomos a separarse.
 Dureza
 Es la resistencia que ofrecen los cuerpos a ser rayados o
penetrados. Depende de la cohesión atómica.

8

Propiedades mecánicas (II)

 Tenacidad
Es la resistencia a la rotura por acción de fuerzas externas.

 Fragilidad
 Es la propiedad opuesta a la tenacidad. Intervalo plástico
muy corto y límites elástico y de rotura muy próximos.
 Resistencia a la fatiga
 Es la resistencia que ofrecen un material a los esfuerzos
repetitivos.
 Resiliencia
 Es la energía absorbida en una rotura por impacto.

9

Propiedades estéticas y
económicas
 Propiedades estéticas
 Aspecto. (Ej: ropa)
 Textura. (Ej: madera)
 Color. (Ej: ropa)
 Olor. (Ej: madera)

 Propiedades económicas
 Precio del material.
 Coste del transporte desde el lugar de producción hasta el
de consumo.
 Disponibilidad del material.

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Propiedades de fabricación

Las propiedades de fabricación dan idea de la posibilidad de
someter a un material a determinados procesos industriales.

 Maleabilidad
 Es la capacidad de un material para ser laminado.

 Ductilidad
 Es la capacidad de un material para ser convertido en hilos.

 Forjabilidad
 Es la capacidad de un material para ser forjado.

 Maquinabilidad
 Es la capacidad de un material para ser sometido a procesos de
arranque de viruta.

11

Selección de materiales

No existe ningún material perfecto que sea utilizable en cualquier
aplicación. Por este motivo, cuando se va a elegir un material con una
finalidad determinada, es preciso sopesar sus cualidades y defectos y
actuar en consecuencia

PROPIEDADES

ATRIBUTOS INTRÍNSECAS

Precio y Disponibilidad Propiedades Mecánicas

Propiedades de Fabricación
DISEÑO Propiedades Físicas

Propiedades Estéticas Propiedades Químicas

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Los ensayos industriales. Tipos (I)

Los ensayos industriales son las diferentes pruebas o tests a los que se someten los
materiales industriales para analizar, evaluar y/o cuantificar las diferentes propiedades
mecánicas que tienen. Atendiendo a la forma de realizar los ensayos pueden clasificarse en:

 Ensayos no destructivos: El material sometido
a estos ensayos no ve alterada su forma y
presentación original.
 Ensayos destructivos: El material sometido a
estos ensayos ve alterada su forma y presentación
original.
 Estáticos: cuando se somete al material a
cargas o esfuerzos estáticos hasta ser
destruido
 Dinámicos: cuando se somete al material a
golpes, desgastes, cambios en las cargas que
soportan o en el sentido de éstas.
 Tecnológicos: no son tan rigurosos como los
anteriores y sirven para determinar con rapidez
la composición, los tratamientos o el tipo de
conformación de alguna pieza.

13

Los ensayos industriales. Tipos (II)

14

Ensayo de tracción. UNE 7-474 (I)

Consiste en someter a una probeta de forma y
dimensiones normalizadas a un sistema de
fuerzas exteriores de tracción en la dirección de
su eje longitudinal hasta romperla.

Las probetas pueden se cilíndricas (para
materiales forjados, fundidos, barras, redondos
laminados y planchas de espesor grueso) o planas
(para planchas de espesores medios y pequeños)
y constan de una parte central calibrada que se
ensancha en sus extremos para poder ser
sujetadas por las mordazas de las máquinas de
tracción.

ENSAYO TRACCIÓN
15

Ensayo de tracción. Diagrama (II)

Un diagrama de tracción es la representación gráfica
de los valores de las deformaciones (alargamientos)
producidas (∆t) en un ensayo de tracción sobre el
eje de abscisas y las fuerzas de tracción aplicadas el
eje de ordenadas. O bien, una curva que relacione
las tensiones de una sección transversal con las
deformaciones relativas a la longitud inicial, llamada
alargamientos unitarios.

 Eje X:  = ∆ l / lo (deformación unitaria)
 Eje Y:  = F / So (tensión)

 Zona elástica: (hasta F4), se caracteriza porque al cesar las tensiones los
materiales recuperan su longitud original lo.
 Zona plástica: (hasta F7), se ha rebasado la tensión del límite elástico 4 de
forma que aunque dejemos de aplicar tensiones de tracción, el material ya no
recuperará su longitud original; es decir, su longitud será algo mayor que lo.
El material ha sufrido deformaciones permanentes.
16

Ensayo de tracción. Diagrama (III)

Dentro de la zona elástica se distinguen otras dos zonas:

 Zona de proporcionalidad: (hasta F3), Se trata de
una recta, por tanto existe una proporcionalidad
entre las tensiones aplicadas y los alargamientos
unitarios. Matemáticamente se cumple:
 = cte 
Es la zona donde deben trabajar los materiales.

 Zona no proporcional: (F3F4), El material se
comporta de forma elástica pero las
deformaciones y tensiones no están
relacionadas linealmente. No es una zona
aconsejable para trabajar los materiales, ya que
no se puede controlar la relación deformación-
tensión aplicada, aunque el material sea elástico.

17

Ensayo de tracción. Diagrama (IV)

Dentro de la zona plástica se distinguen otras dos zonas:

 Zona límite de rotura: (F4F6), Zona de
comportamiento muy similar a la anterior,
donde a pequeñas variaciones de tensión se
producen grandes alargamientos. La diferencia
con la anterior es que los materiales no tienen
comportamiento elástico, ya que se trata de la
zona plástica donde las deformaciones son
permanentes. El límite de esta zona es el punto
6 llamado límite de rotura, y a la tensión
aplicada en dicho punto se la denomina tensión
de rotura. A partir de este punto el material se
considera roto, aunque no se haya producido la
fractura visual.
 Zona de rotura: (F6F7), Superado el punto 6, aunque se mantenga constante o
baje ligeramente la tensión aplicada, el material sigue alargándose
progresivamente hasta que se produce la rotura física total en el punto 7.

18

Ensayo de tracción. Diagrama del acero (V)

Este comportamiento de los materiales se
puede generalizar. No obstante, existen
algunas excepciones entre las que se
encuentra el acero, cuya grafica del ensayo de
tracción presenta una característica peculiar,
que es la existencia de una zona localizada por
encima del límite elástico, donde se produce
un alargamiento muy rápido sin que varíe la
tensión aplicada. Este fenómeno se conoce
como fluencia, ya que el material fluye sin
causa aparente. El punto donde comienza
dicho fenómeno se llama límite de fluencia (B),
y la tensión aplicada en dicho punto tensión de
fluencia.

La experiencia nos indica que P y E son
puntos de difícil localización, lo que implica la
imposibilidad de cuantificar sus tensiones
correspondientes. En cambio, los puntos B y R
quedan fácilmente localizados en los
diagramas procedentes de las maquinas de
ensayos.
19

Ensayo de tracción. Ley de Hooke (VI)

La Ley de Hooke tiene un carácter general, pero
se aplica preferentemente a los ensayos de
tracción, y dice que las deformaciones
producidas en un elemento resistente son
proporcionales a las tensiones que las
producen, dentro de la zona de comportamiento
elástico.
tensión
 tg 
deformació n

En el caso del ensayo de tracción, y en la zona
de proporcionalidad que abarca desde el origen
de coordenadas hasta el límite de
proporcionalidad, se cumple:

 tg   E

El valor de la tg a se conoce como módulo elástico o módulo de Young (E) y que representa la
pendiente de la curva tensión-deformación en la región elástica. Es un parámetro
característico de cada material, y se mide en kp/cm2 o N/m2 como , ya que  es adimensional.

20

Ensayo de tracción. Ley de Hooke (VI)

De esta forma podemos definir la Ley de Hooke en la tracción como: los alargamientos
unitarios (deformaciones) son proporcionales a las tensiones que los producen, siendo la
constante de proporcionalidad el módulo elástico.

 F lo
E 
 S o l

que es la ecuación fundamental de la tracción, que solo es aplicable en la zona de
proporcionalidad, ya que una vez rebasado dicho límite el comportamiento no es lineal.

21

Ensayo de tracción. Tensión máxima
de trabajo (VII)
En la fase de diseño de una pieza, hay que
evitar el sobredimensionarla o que trabaje en
zonas de deformaciones plásticas. Además del
diagrama de fuerzas que actúan sobre una pieza
tenemos que tener en cuenta otros tipos de
tensiones que podemos llamar imprevistas.

La normativa establece una tensión máxima de
trabajo (t), que definiremos como el límite de
carga al que podemos someter una pieza de
manera que:

 Que el elemento resistente no padece deformaciones plásticas.
 Que cumple la Ley de Hooke.
 Que permite un margen de seguridad que asume la posibilidad de la aparición de
fuerzas imprevistas.

Se obtiene dividiendo las tensiones de fluencia (f) o de rotura (r) por un numero n que
llamaremos coeficiente de seguridad:
f r
t  t 
n n
22

Ensayo de tracción. Tensión máxima
de trabajo (VIII)

23

Ensayo de tracción. Ejercicios (IX)

___EJERCICIO___

 Sabiendo que la carga máxima aplicada en un ensayo de tracción
sobre una probeta normalizada de 150 mm2 de sección es de 50000N,
calcula la tensión de rotura

Fr 50000N 1kp
σr    34.01 kp/mm 2
So 150mm 2 9.8N

24

Ensayo de tracción. Ejercicios (X)

___EJERCICIO___

 Una pieza de latón deja de tener un comportamiento elástico para tensiones
superiores a 345MPa. El módulo de elasticidad del latón es 10.3x104 Mpa.

 ¿Cuál es la fuerza máxima que puede aplicarse a una probeta de 150 mm2
de sección, sin que se produzca deformación plástica?
F 1m2
E  E FE   E So  345MPa150mm  345x10 Pa  150mm
2 6 2
 51750 N
So 106 mm2

 Cuál es la longitud máxima a la que puede ser estirada sin que se produzca
deformación plástica? Longitud de la pieza: 70mm

 F lo F lo 51750 N 0.07 m
E  l    0.23 mm
 S o l S o E 150x10 -6 m 2 10.3x10 4 MPa

l  lo  l  70 mm  0.23 mm  70 .23 mm

25

Ensayo de dureza Brinell
(UNE 7-422-85) (I)
Consiste en comprimir una bola de acero templado, de un
diámetro determinado contra el material a ensayar, por
medio de una carga (F) y durante un tiempo determinado.
Medimos el diámetro de la huella y calculamos la dureza del
material, en función de la carga aplicada y el área del
casquete de la huella, según la ecuación:
F
HB 
S
donde: HB = Dureza en grados Brinell; F= Carga aplicada
(kg); S = Área del casquete

La superficie del casquete de la huella es: S  D f
donde: D = diámetro de la bola (mm); f = profundidad de la
huella (mm). Sustituyendo S en la ecuación de dureza
podemos dejar ésta en función de los diámetros de la bola y
del casquete:
F
HB 
D
2

D  D2  d 2 
26

Ensayo de dureza Brinell
(UNE 7-422-85) (II)
Generalmente se calcula la dureza Brinell (HD) por medio
de tablas, donde conocido el diámetro de la huella, se
encuentra directamente el valor de la dureza.

Este ensayo tiene limitaciones si se aplica a materiales
de espesores inferiores a 6 mm ya que se deforma el
material y los resultados que se obtienen son erróneos.
En este caso, se disminuye el diámetro de la bola
(teniendo en cuenta que se cumple la relación entre
diámetros de d = 0.375 D) y la carga aplicada que tiene
que ser proporcional al cuadrado del diámetro (P=KD2),
para que las huellas obtenidas sean semejantes y los
resultados comparables. La constante de
proporcionalidad K depende de la clase de material a
ensayar, siendo mayor para materiales duros y menor
para los blandos.

Respecto a los tiempos de aplicación de cargas durante
el ensayo, varían entre 30 segundos para los aceros y 3
minutos para los materiales más blandos.

ENSAYO DUREZA BRINELL
27

Ensayo de dureza Vickers
(UNE 7-423-84)
Se utiliza para durezas superiores a 500 HB aunque se puede
utilizar tanto para materiales duros como blandos, y además los
espesores de las piezas pueden ser muy pequeños (hasta 0,05
mm).

El penetrador utilizado es una pirámide regular de base cuadrada,
cuyas caras laterales forman un ángulo de 136°. Las cargas que
se utilizan son muy pequeñas, de 1 a 120 Kg, aunque lo normal es
emplear 30 kg. El grado de dureza Vickers (HV) se obtiene de
modo similar al Brinell:
F
HV 
S
donde HV = Dureza en grados Vickers;
F = Carga aplicada sobre el penetrador (Kg).
S = Superficie lateral de la huella (mm2).
lh
Calculo de la superfície lateral: S 4
2
sustituyendo en la fórmula del grado de dureza Vickers:
F
HV  1.8543
d2 ENSAYO DUREZA VICKERS
28

Ensayo de dureza Rockwell
(UNE 7-424-89) (I)
El método Brinell no permite medir la
dureza de los aceros templados porque
se deforman las bolas. Se utiliza la
màquina Rockwell que, a diferencia de
los anteriores, determina la dureza en
función de la profundidad de la huella.

Es un ensayo muy rápido y fácil de
realizar, pero menos preciso que los
anteriores. Es válido para materiales
blandos y duros. El penetrador consiste
en una bola para materiales blandos,
obteniéndose el grado de dureza
Rockwell bola (HRB); o bien, un cono de
diamante de 120° para materiales duros,
del que resulta el grado de dureza
Rockwell cono (HRC).

29

Ensayo de dureza Rockwell
(UNE 7-424-89)
El procediendo es el siguiente:
1. Se aplica una carga de 10 kg al penetrador
(cono o bola) hasta conseguir una pequeña
huella, se mide su profundidad h1, que se toma
como referencia, colocando el comparador de la
máquina a cero.

2. Se aumentan las cargas en 90 kg para el
penetrador de bola y 140 kg para el de cono, se
mantiene la carga un tiempo comprendido entre
3 y 6 segundos, y se mide la profundidad
producida h2.

3. Se retiran las cargas adicionales. El
penetrador se recuperará y ascenderá hasta la
posición h1 + e. El valor de e no es 0, ya que las
deformaciones que se producen en el material
son plásticas y elásticas, y al dejar de aplicar las
cargas adicionales permanecen únicamente las
deformaciones permanentes o plásticas, cuyo
valor es e.

La dureza Rockwell no se expresa directamente
en unidades de penetración, sino por el valor
diferencia respecto a dos números de referencia:
Dureza Rockwell HRB = 130 - e
Dureza Rockwell HRC = 100 - e
30

Ensayos de dureza (I)

31

Ensayos de dureza (II)

32

Ensayos de dureza (III)

___EJERCICIO___

 En una pieza sometida a una ensayo de dureza Brinell, con una carga
de 500Kp y un diámetro de bola de 5mm, se ha obtenido un diámetro
de huella de 2.3mm. Halla el grado de dureza Brinell

F
HB  F
HB 
D  
S
D
S  D f D2  d 2
2
500Kp
HB   568HB
π 5mm
2

5mm  25mm2  5.29mm2 

33

Ensayo de compresión.
Sirve para averiguar el comportamiento de los materiales ante esfuerzos de compresión
aplicando una tensión hasta conseguir la rotura de la probeta. Se realizan con una máquina
universal de ensayos y se pueden aplicar tanto a metales como a no metales.

 Para los metales se usan probetas cilíndricas de una altura igual al diámetro, para
evitar el pandeo o flexión lateral. Su comportamiento ante esfuerzos de compresión
depende de la fragilidad del metal.

 Para los no-metales, como los materiales pétreos o el hormigón, se usan probetas
cúbicas. En este tipo de materiales, la carga de rotura por compresión es muy
superior a la carga por tracción.

ENSAYO COMPRESIÓN
34

Ensayo de cizallamiento.
Sirven para determinar el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo cortante.
Este ensayo se aplica a materiales destinados a la fabricación de tornillos, remaches,
clavos… y se puede efectuar mediante una máquina universal de ensayos, aunque no existen
probetas normalizadas para ello.

Si la pieza A tiene una parte saliente, cuando se aplique sobre ella un esfuerzo cortante P tan
cerca como sea posible de la línea de separación entre las dos partes, la parte saliente
tenderá a deslizará. El esfuerzo  del material, que se opone a este deslizamiento se podrá
calcular con la expresión:

F Donde  = esfuerzo cortante (kg/mm2)
 P = tensión o esfuerzo aplicado (kg)
So S0 = sección inicial de la probeta (mm2)

P

So
35

Ensayo de pandeo.

Si se somete una probeta de gran longitud y poca sección a un esfuerzo de compresión en la
dirección del su eje no se producirá aplastamiento sino se doblará lateralmente. Esta flexión
lateral es el pandeo.

Este ensayo se efectúa para a conocer las deformaciones producidas por las cargas en
columnas, bielas, vigas, barras, etc. Prácticamente no se usa en el caso de piezas de
máquinas, pero es muy importante en construcciones de hormigón armado. La máquina que
se utiliza tiene que reproducir las condiciones reales de pandeo.

ENSAYO DE PANDEO
36

Ensayo de torsión.
Se realizan sobre tornillos, árboles de transmisión y sobre todas las piezas que trabajan
soportando esfuerzos de torsión. Las probetas utilizadas tienen forma de barras o tubos de
sección circular.
 En las probetas en forma de barra, la tensión de torsión en
el centro es nula y va aumentando hacia los extremos.
 En las probetas en forma de tubo, la distribución de los
esfuerzos es más repartida.

Las máquinas usadas en este tipo de ensayos
disponen de dos cabezales con una mordaza
cada uno que sujeta la pieza. Uno de los
cabezales dispone de un motor eléctrico que
somete a la probeta un movimiento de rotación
uniforme. En el otro cabezal existe un cuerpo
pendular que mide el momento de torsión en
función del desplazamiento vertical.

ENSAYO DE TORSIÓN
37

Ensayo de flexión
Probetas de sección rectangular o cuadrada, que están apoyadas libremente sobre sus
extremos, son sometidas a un esfuerzo creciente aplicado en su parte central, punto en el
que se medirá la deformación por flexión de la pieza mediante un fexímetro.

Tal y como se ve en la figura, las fibras superiores de la probeta es contraen debido a que
están sometidas a compresión mientras que las fibras inferiores se estiran al estar
sometidas a un esfuerzo de tracción. La capa de fibras que quede en el medio (línea neutra)
no experimenta ninguna variación de longitud. Las tensiones serán, entonces, mayores
cuanto más estén alejadas las fibras de la línea neutra.

38

Ensayo de resistencia al choque.
Resiliencia. (UNE 7-475-92)
Pretende determinar energía absorbida por una probeta normalizada al provocar su rotura de
un solo golpe. Este ensayo es muy importante para conocer el comportamiento del material
destinado a la fabricación de ciertas piezas y órganos de máquinas, ya que han de estar
sometidos a esfuerzos dinámicos.

Las probetas para el ensayo suelen tener 55mm de longitud, una sección cuadrada de 10 mm
de lado y en el punto medio de su longitud está entallada. La entrada puede ser de dos tipos,
en forma de V i forma de U.

La maquina más utilizada en el ensayo de resiliencia es el péndulo de Charpy, que consta de
una base rígida con dos soportes verticales unidos en la parte superior por un eje horizontal;
dicho eje lleva acoplado un brazo giratorio en cuyo extremo va situado un martillo en forma
de disco que golpea la probeta y produce su rotura. La resiliencia se obtiene como:

Ep
donde: Ep= Energía absorbida en la rotura; p
S= Sección de la probeta. S
La resiliencia se expresa en julios/cm2.

ENSAYO DE RESILIENCIA
39

Ensayo de fatiga. (I)

Las piezas que están sometidas a esfuerzos variables en magnitud y sentido
que se repiten con cierta frecuencia se pueden romper con cargas inferiores a
las de rotura, incluso cuando se trabaja por debajo del límite elástico, siempre
que las cargas actúen durante un tiempo suficiente. A este fenómeno se le
conoce con el nombre de fatiga.

Leyes fundamentales de la fatiga:
 Las piezas metálicas pueden romperse bajo esfuerzos unitarios inferiores
a su carga de rotura, e incluso a su límite elástico, si el esfuerzo se repite
un número suficiente de veces.
 Para que la rotura no tenga lugar, con independencia del número de
ciclos, es necesario que la diferencia entre la carga máxima y la mínima
sea inferior a un determinado valor, llamado límite de fatiga.

40

Ensayo de fatiga. (II)

Los ensayos de fatiga más habituales son los de flexión rotativa y torsión.
Las roturas de las piezas por fatiga presentan dos zonas bien definidas, una
de grano fino mate y distribución ondular que parece surgir de un punto
defectuoso, y otra de grano grueso brillante que indica la rotura final.
En el proceso de fatiga se distinguen tres fases esenciales: una de incubación
a partir de la fisura interna, otra de maduración progresiva y la última,
instantánea, es la rotura efectiva.

Dispositiva para el ensayo de fatiga de una pieza
en voladizo. Regulando la frecuencia de giro del
motor se controla la frecuencia de los esfuerzos,
que caminaran alternativamente de tracción a
compresión y viceversa.

ENSAYO DE FATIGA POR TORSIÓN

41

Ensayo de plegado

Sirve para estudiar las características de plasticidad de
los materiales metálicos. Para ello, se doblan las
probetas en condiciones normalizadas, y se observa si
aparecen grietas en la parte exterior de la curva, donde
los esfuerzos de tracción son elevados.

El ensayo se puede realizar en frío y en caliente según
condiciones normalizadas. Las probetas son
prismáticas, de sección rectangular, pulidas, y la cara
de tracción tiene las aristas redondeadas. El ensayo se
puede llevar a cabo de tal forma que las caras de la
probeta queden como se muestra en la Figura.

Ensayo de plegado. a) en contacto; b)
paralelas a una distancia determinada; ENSAYO DE PLEGADO
c) formando un ángulo.

42

Ensayo de embutición

Es uno de los mas importantes para las
planchas, pues es conveniente conocer el
grado de embutido que tienen.

El ensayo consiste en presionar un vástago
sobre la chapa hasta que se produce la
primera grieta. Se comprueba el grado de
embutición midiendo la penetración en
milímetros del punzón o vástago hasta la
aparición de la primera grieta.

43

Ensayo de forja

Establecen el comportamiento del material en los trabajos de
forja. Los más usados son:

 Platinado: Consisten en ensanchar a golpes de plana
(martillo de forja) una pletina puesta a temperatura de forja,
hasta que aparecen grietas en las aristas.

 Recalcado: Se realizan estos ensayos sometiendo probetas
cilíndricas de doble longitud que de diámetro a una
operación de recalcado (acortamiento) a golpes de martillo,
puesta la probeta a temperatura de forja.

 Mandrilado: Se utilizan estos ensayos para determinar la
capacidad de perforación de láminas. Para realizarlo se
calienta a la temperatura de forja la chapa que se desea
ensayar, y después se perfora con un punzón troncocónico
hasta que aparezcan grietas. El resultado del ensayo se
valora en función del diámetro alcanzado en el orificio antes
de la aparición de las grietas.

 Soldadura: Consiste en cortar una barra en dos partes,
posteriormente soldarlas i someter la soldadura a ensayos
de plegamiento por la unión de soldadura, de tracción o de
resiliencia.
44

Ensayos macroscópicos

Estudian las irregularidades de las piezas a
primera vista o mediante ampliaciones de hasta 15
aumentos. Se usan para localizar brechas
superficiales y porosidades mediante la utilización
de algún líquido penetrante como aceite o
petróleo, así como para determinar
descarburaciones y cementaciones mediante la
utilización de ácidos que atacan al material.

45

Ensayos ópticos

Estudian irregularidades mediante ampliaciones mayores
de 15 aumentos. Las zonas a estudiar son pequeñas y se
supone que el resto del material es idéntico.

Estos ensayos proporcionan información sobre los
constituyentes de las aleaciones, el tamaño y forma del
grano, las porosidades, las brechas microscópicas y la
corrosión intergranular.

Se utiliza un microscopio metalográfico, que permite
observar la pieza sin ser atacada por ningún reactivo.

46

Ensayos magnéticos

Están basados en la variación de les propiedades magnéticas del material
cuando tiene alguna perturbación estructural. Poden ser de dos tipos:
magnetoscópicos i analíticos.

 Magnetoscópicos: aplicables a los
materiales ferromagnéticos, es a decir,
buenos conductores de los campos
magnéticos. Se basan en las variaciones de
las líneas de fuerza del campo magnético
producidas cuando hay defectos de
continuidad en las piezas.

 Analíticos: se usan para detectar defectos
de continuidad en las piezas y para
determinar la composición de una aleación

47

Ensayos eléctricos

Están basados en la variación de resistencia que se produce en un material
conductor cuando contiene alguna impureza o deformación.

Recordamos que la resistencia de una pieza depende de su geometría.

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Ensayos ultrasónicos

Los ensayos ultrasónicos se basan en la diferencia de
transmisión de los ultrasonidos a través de un material
cuando presenta errores en su estructura. Las ondas más
usadas presentan una frecuencia comprendida entre 105 y
107 kHz, y pueden atravesar capas de acero de unos pocos
metros de grosor.

Para realizar estos ensayos se utilizan básicamente dos
métodos: por transmisión y por reflexión. En ambos
casos, cuando las ondas encuentran un defecto de
continuidad en el material, no se propagan y el sistema
receptor transforma la señal recibida en otra señal óptica o
eléctrica.

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Ensayos con rayos X y rayos gamma
Los rayos X y gamma tienen una longitud de onda muy
corta y por tanto un gran poder penetrador para atravesar
materiales que no pueden ser atravesados por otras
radiaciones.

Los ensayos consisten en lanzar una radiación sobre la
pieza a ensayar que, tras atravesarla, impresionan una
película fotográfica obteniendo una radiografía de la
pieza. Las uniformidades en las piezas generaran
diferencias de tonalidad en la impresión fotográfica.

Los ensayos con rayos X se utilizan para piezas de hasta
100mm de espesor, mientras que los rayos gamma
atraviesan piezas de hasta 250mm de espesor.

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Propiedades tecnológicas materiales

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