Metal

Curvas Tensin Deformacin Reales

Esfuerzo real Deformacin real

Relacin entre el diagrama de Esfuerzo Real Deformacin Real y el diagrama Esfuerzo Deformacin Ingenieril.

El esfuerzo real se hace mucho mayor que el esfuerzo ingenieril, solo despus de que se inicia el encuellamiento.

En los ensayos dinmicos la carga se aplica en forma

de impacto a diferencia de los mtodos estticos en

los que se aplica en forma relativamente lenta y

progresiva.

Como sucede en la mayora de los mtodos dinmicos

de ensayo, la determinacin de la dureza por mtodos

de este tipo depende la energa absorbida por la

probeta y por lo tanto los resultados deben ser

tomados cuidadosamente.

Ensayos Dinmicos.

Ensayos Dinmicos.

Como se ver los resultados que arrojan los

mtodos dinmicos son dependientes de la

elasticidad del material y por lo tanto los

resultados son comprables en materiales con las

mismas propiedades elsticas.

En el grupo de los ensayos dinmicos se puede

incluir sin discusin alguna los ensayos de

dureza por rebote.

En los mtodos por rebote el identador forma

parte de un percutor que es lanzado sobre la

superficie a ensayar con energa conocida; el

valor de dureza se obtiene a partir de la energa

de rebote del percutor luego de impactar en la

muestra.

El mtodo Shore consiste en determinar el rebote

que sufre un percutor al chocar contra la

superficie que se ensaya, cuando se lo deja caer

desde una altura determinada.

Mtodo de Shore

Mtodo de Shore

El percutor utilizado es de acero duro de forma

cilndrica y punta redondeada de muy buena

terminacin, la que tambin puede ser de diamante.

El percutor cuyo peso es de 3 a 7 gr se deja caer

desde una altura de 250 mm y la lectura del rebote

se hace directamente en una escala de 140 divisiones

en la que un rebote que alcanza 100 divisiones

corresponde a un acero templado (martenstico) para

herramientas.

Mtodo de Shore

Cuando el percutor cae sobre una superficie una parte de la energa potencial inicial es absorbida por la deformacin plstica que sufre la superficie en la penetracin.

De esta manera si el percutor se deja caer en un material blando y en uno comparativamente ms duro, el rebote del percutor alcanzar menor altura luego de impactar en la superficie del material ms blando ya que habr una mayor penetracin y por lo tanto una mayor absorcin de energa.

Escleroscopio.- Mide la altura de rebote, despus de que el penetrador cae por su propio peso desde una altura definida.

Es una medida de la resistencia del material, o sea, la energa que puede absorber en el intervalo elstico.

CARACTERSTICAS DEL ENSAYO:

No es de gran precisin, pero es muy rpido.

El equipo es fcil de manejar, poco voluminoso y de

coste reducido.

Apenas produce deformacin en la probeta (no deja

huella).

Dureza Leeb

Una evolucin del mtodo Shore es el mtodo de Leeb.

En este caso un cuerpo con un percutor que puede ser una bolilla de carburo de tungsteno de 3 o 5 mm de dimetro, es lanzado a velocidad conocida, por accin de un resorte.

Cuanto ms blando el material a ensayar menor velocidad alcanzar el cuerpo percutor luego del impacto.

Dureza Leeb

La medicin de velocidad antes y despus del impacto se hace mediante la diferencia de potencial elctrico que se genera en una bobina, al ser atravesada por el cuerpo percutor que contiene un imn permanente.

Como se sabe la diferencia de potencial en bornes de una bobina depende de la variacin del flujo magntico, la que a su vez depender de la velocidad con la que el percutor atraviesa la bobina.

El mtodo de medida Equotip se basa en el lanzamiento de un cuerpo de impacto impulsado por un resorte contra una superficie de prueba.

Las velocidades de impacto y retroceso (Vi, Vr) se miden y se procesan para convertirlas en el valor de dureza L (Escala Leeb, L=1000*Vr/Vi).

Los valores resultantes se convierten automticamente a las unidades de dureza convencionales como Rockwell (HRC, HRB), Brinell (HB), Vickers (HV) y Shore (HS)

Dureza Leeb

Los resultados que arrojan tanto el mtodo de Shore como el Leeb dependen de la resiliencia de la probeta, la del matillo y la deformacin permanente sobre el material ensayado.

La influencia de las propiedades elsticas del material puede resultar en que si se ensayan dos materiales cuya dureza real es la misma, se obtengan valores diferentes, debido a las diferencias en la resiliencia de ambos materiales.

Dureza Leeb

Por este motivo para que los resultados sean comparables es necesario agrupar los materiales segn sus propiedades elsticas y no existe una relacin directa que permita convertir los valores determinados por estos mtodos a las escalas de dureza convencional (HB, HRC, HV, etc).

No obstante, empricamente a partir de numerosos ensayos se ha establecido la relacin de conversin a las escalas convencionales para cada grupo de materiales.

Los instrumentos modernos disponen de nueve grupos de materiales como los indicados en la tabla siguiente; el usuario debe seleccionar el grupo que corresponda, en el men del instrumento, antes de realizar el ensayo.

Adems el software de estos aparatos, incluye las tablas de conversin segn DIN50150 y ASTM E140 permitiendo la obtencin directa de lo valores no solo en la escala HL sino tambin en las escalas HB, HRC, HRB, HS y HV.

Tabla: Grupo de Materiales

DUREZA VICKERS

Introducida en 1925 por Sandland Vickers en Inglaterra, este ensayo de dureza se deriva directamente del mtodo Brinell.

El ensayo Vickers es una prueba de dureza por penetracin, en la cual se usa una mquina calibrada para aplicar una carga por medio de un penetrador (identador) piramidal de diamante sobre la superficie del material bajo prueba.

El ensayo consiste en hacer sobre la superficie de una probeta una huella con un penetrador en forma de pirmide recta de base cuadrada con determinado ngulo entre las caras opuestas, y medir las diagonales de dicha huella despus de quitar la carga

El Penetrador (Indentador)

El Penetrador es una punta de diamante con forma piramidal.

El penetrador debe estar finamente pulido con aristas bien definidas. La base de la pirmide debe ser cuadrada y sus caras opuestas deben formar un ngulo de 136.

El buen estado de la punta del penetrador es de considerable importancia cuando la carga de prueba es pequea y la huella tambin, por esta razn se recomienda verificar peridicamente la punta del penetrador para evitar fallas.

El nmero de dureza Vickers (HV) relaciona la carga aplicada y el rea de la superficie dejada por la huella despus de quitar la carga

P = carga Aplicada (kgf o N)

d = Diagonal promedio de la huella (mm)

= Angulo entre caras del indentador (136)

CONDICIONES DE LA PRUEBA

Las cargas aplicadas van desde 1 hasta 120 Kgf.

El tiempo de aplicacin de la carga de prueba completa debe ser de 10 a 15 segundos a menos que se especifique otra cosa.

La distancia entre centros de huella es de 2 d.

La carga debe ser perpendicular a la huella.

El espesor de la muestra debe ser 1 veces la diagonal de la huella.

La carga de prueba debe aplicarse y retirarse suavemente sin golpes o vibraciones.

La superficie de la probeta debe ser pulida, plana; estar limpia, homognea y libre de xido y lubricantes.

Al preparar la probeta debe tenerse cuidado de no revenir la superficie durante el rectificado de la misma o de no endurecerla por trabajo mecnico durante el pulido.

Se deben de hacer 5 ensayos para obtener un valor promedio y la desviacin (ms aproximacin).

Si la superficie es esfrica o cilndrica, se introduce un factor de correccin, obtenido de una tabla que relaciona la diagonal promedio entre el cuadrado del dimetro de la muestra.

El valor obtenido en la tabla se multiplica por el valor de la dureza normal y se obtiene el HV corregido.

Las tablas tienen valores para superficies cncavas y convexas.

PRESENTACIN DEL RESULTADO

VENTAJAS Pueden medirse una amplia gama de materiales, desde

muy blandos hasta muy duros. Puede medirse dureza superficial (para determinar

recubrimientos de los materiales). Las huellas resultan bien perfiladas, cmodas para la

medicin. La dureza con la pirmide coincide con la dureza Brinell

para los materiales de dureza media. En el ensayo Vickers se pueden probar materiales muy

duros a diferencia del mtodo Brinell, debido a que en ste ltimo no se puede ensayar probetas si su dureza se aproxima a la dureza de la bola, porque sta sufre deformaciones que alteran los resultados del ensayo.

Durmetro Vickers

MICRODUREZA

Este ensayo consiste en generar una huella muy pequea para medir la dureza de muestras de pequeo tamao.

Esto se hace aplicando cargas muy pequeas.

Los ensayos de microdureza son ensayos de precisin.

Para este tipo de ensayos, la carga aplicada vara entre 1 y1000 grf.

El principal inconveniente es que necesitan una gran preparacin superficial del material a probar, llegando al pulido metalogrfico, tambin denominado acabado espejo.

Existen tres tipos de ensayo de microdureza: Knoop , Vickers y Ultrasonido

En los ensayos Knoop y Vickers se relaciona la carga aplicada y el rea dejada en la huella.

En el de ultrasonido se mide el cambio en frecuencia debido a la profundidad de la huella.

La profundidad mxima obtenida en estos ensayos es menor a 19m. (0.019 mm).

La primera opinin que tenemos al observar el pndulo de Charpy, es que se trata de una maquina de ensayo muy simple desde el punto de vista mecnico (Fig. 1). Sin embargo, a pesar de esa sencillez mecnica, con este instrumento se pueden disear varias pruebas de impacto donde se demuestra de forma rpida y didctica, la influencia que tienen determinados factores en el comportamiento mecnico de los materiales.

Prueba de impacto: ensayo Charpy

El nombre de este ensayo se debe a su creador, el francs Augustin Georges Albert Charpy (1865-1945). A traves del mismo se puede conocer el comportamiento que tienen los materiales al impacto, y consiste en golpear mediante una masa una probeta que se sita en el soporte S (ver Fig. 1).

La masa M, la cual se encuentra acoplada al extremo del pndulo de longitud L, se deja caer desde una altura H, mediante la cual se controla la velocidad de aplicacin de la carga en el momento del impacto.

La energa absorbida Ea por la probeta, para producir su fractura, se determina a travs de la diferencia de energa potencial del pndulo antes y despus del impacto. Una vez conocido el ngulo inicial de aplicacin de la carga () y el ngulo final () al que se eleva el pndulo despus de la rotura completa de la probeta, se puede calcular la energa Ea mediante la expresin (1):

Ea = MgL[cos() - cos()]; (1)

donde g representa la aceleracin de la gravedad.

Los modos de fractura que pueden experimentar los materiales se clasifican en dctil o frgil, dependiendo de la capacidad que tienen los mismos de absorber energa durante este proceso.

Actualmente no existe un criterio nico para determinar cuantitativamente cuando una fractura es dctil o frgil, pero todos coinciden en que el comportamiento dctil Est caracterizado por una absorcin de energa mayor que la requerida para que un material fracture frgilmente. Por otra parte el comportamiento dctil tiene asociado altos niveles de deformacin plstica en los materiales

De acuerdo con la expresin (1), dos de los factores que determinan la energa mxima que se puede suministrar en el momento del impacto son: el valor de la masa M y la longitud de brazo L. Es por ello que existen diversos diseos de maquinas para pruebas de impacto Charpy, en los que combinando los dos factores anteriormente mencionados

Ensayo de Impacto

Es una prueba dinmica que permite predecir en cierta forma el comportamiento dctil frgil de un material a una temperatura especifica.

Si el ensayo se realiza sobre un intervalo de temperaturas (de temperatura ambiente a menores) determina el rango de la temperatura de transicin dctil-frgil de un material.

El ensayo determina la energa absorbida por una probeta (ranurada) durante su fractura; esto se denomina, como tenacidad del material.

Se tienen dos tipos de ensayo de impacto referidos como Charpy e Izod. El ensayo de impacto Charpy emplea probetas con tres tipos de ranuras: en V , ojo de cerradura y en U; mientras que el de tipo Izod slo utiliza la ranura en V .

Ensayo de Impacto

Los ensayos de impacto se utilizan para la determinacin del comportamiento de un material a velocidades de deformacin ms altas.

Los Pndulos clsicos determinan la energa absorbida en el impacto por una probeta estandarizada, midiendo la altura de elevacin del martillo del Pndulo tras el impacto.

Generalmente se pueden aplicar varios mtodos de ensayo:

Charpy (ISO 179-1, ASTM D 6110)

Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508) y 'unnotched cantilever beam impact' (ASTM D 4812)

Ensayo traccin por impacto (ISO 8256 und ASTM D 1822)

Dynstat ensayo flexin por impacto (DIN 53435)

Las mquinas utilizadas para el ensayo de impacto consisten fundamentalmente de un pndulo provisto de un martillo que se eleva hasta un altura h. La probeta se coloca en la vertical del eje de giro del pndulo, en un soporte adecuado. Al liberar el pndulo, cae y rompe la probeta, ascendiendo hasta una altura h. El trabajo del pndulo ser entonces: La energa absorbida durante la rotura se expresa en Joules (J) ft-lb. En Europa los resultados dela prueba de impacto se expresan en unidades de energa absorbida por unidad de rea.