boletín de prácticas materiales

Memoria de prácticasCiencia de los Materiales

Elaborado por:José Manuel Rodríguez RodríguezMaría Flores PavónFrancisco Camacho ArellanoVictor Naranjo Cano

PRÁCTICAS CIENCIA DE LOS MATERIALES

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Índice

1. Ensayo de dureza pág 31.1 Objetivos: pág 31.2 Descripción y manejo de la maquina: pág 31.3 Reglas que deben tenerse en cuenta: pág 41.4 Determinación de la dureza de un material: pág 4

2. Ensayo de resilencia pág 62.1 Objetivos pág 62.2 Equipos y probetas: pág 62.3 Desarrollo del ensayo de resilencia: pág 7

3. Ensayo de tracción pág 83.1 Objetivos pág 83.2 Equipos y probetas: pág 83.3 Realización del ensayo: pág 8


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1. Ensayo de dureza

1.1 Objetivos:

La dureza es la resistencia que opone un material al ser penetrado por un punzón(penetrador). La deformación producida en este material, es la que determina la durezade dicho material.

El objetivo de la práctica es conocer la dureza de una pieza, a través de una seriede ensayos que nos ayudará a determinar la propiedad de dicho material. Los ensayosque utilizaremos son: Brinell, Rockwell Y Vickers.

En el caso de los ensayos Brinell y Vickers, la dureza se determina en función dela superficie de la huella producida por el punzón.

En el caso del ensayo Rockwell, la dureza se determina en función de laprofundidad obtenida.

1.2 Descripción y manejo de la maquina:

1. Según el tipo de ensayo de dureza que vayamos a realizar, se instala el cuerpopenetrante y colocamos en los contrapesos la carga necesaria.

El ensayo de dureza Brinell, tiene como cuerpo penetrante una bola de acerotemplado de 2.5 (mm) de diámetro y una carga de 187,5 kg.

El ensayo de dureza Vickers, utilizamos como penetrador una pirámidecuadrangular y una carga de 60 kg.

En el ensayo de dureza Rockwell utilizamos distintos tipos de penetrantes y pesosen función del tipo de escala:

Escala (B): Tomamos un penetrador de bola de 1/16 pulgadas y 100 kg(números en color rojo). Escala (C): Tomamos un penetrador de cono diamante de 1/16 pulgadasy 150 kg (números en color negro).

2. Colocamos la probeta (placa de acero) en la parte superior del torno y giramos eltornillo sin fin hasta que la probeta haga contacto con el embolo, donde se encuentra elcuerpo penetrante.

3. Acto seguido se cierra la válvula situada en la parte superior del durómetro y seacciona una polea que hace posible introducir la carga total, indicada por medio de una luz


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roja situada en la parte frontal del durómetro, manteniéndose durante un periodo de 30segundos.

4. Pasados los 30 segundos se deja de bombear para que la presión desaparezca,abriéndose para ello la válvula a su posición inicial.

5. A continuación señalamos la marca obtenida y calculamos el diámetro de la huellaobtenida por el penetrante.

1.3 Reglas que deben tenerse en cuenta:

La superficie limpia, perfectamente plana y lo más homogénea posible.

El espesor de la pieza sea por lo menos el doble del diámetro de la huella.

La distancia del centro de la huella hasta el borde de la pieza sea por lo menoscuatro veces el diámetro de la huella.

1.4 Determinación de la dureza de un material:

Se le aplica una fuerza (P), la bola penetra en el material dejando una huella de uncasquete esférico. El radio de la bola es el diámetro de la esfera partido por dos (D/2).La altura (h) la podemos poner en función del diámetro de la bola (D) y del diámetro dela huella (d).

Dureza Brinell

En función del resultado obtenido en este ensayo podemos saber que escala deRockwell vamos a utilizar.

Para HB > 200, utilizamos Rockwell C.Para HB < 200, utilizamos Rockwell B.

2222

2

1

22dDD

dDDh

22

2dDD

DS


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hDS

Por lo cual, la fórmula de la dureza Brinell es igual a:

2/12222 )625.05.2(5.2(2

5.25.187

2mmmmmm

mmKg

dDDD

PHB

Dureza Vickers

Para evitar errores, cogemos las diagonales de la huella, ya que puede que el rectángulono sea perfecto. La fórmula de la dureza Vickers es la siguiente:

2846,1

d

PHV


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2. Ensayo de resilencia

2.1 Objetivos:

En el estudio de las propiedades mecánicas de los materiales, no solo esinteresante la respuesta de dicho material frente a cargas introducidas de formaprogresiva, sino que también es importante conocer la respuesta que ofrece frente acargas instantáneas.

Dicha respuesta, nos permite conocer una característica muy importante que es latenacidad del material, la cual, depende enormemente de las condiciones de temperaturadel ensayo (en nuestro caso nos limitamos a temperatura ambiente).

2.2 Equipos y probetas:

Para determinar la energía absorbida por el material durante la rotura,utilizaremos el péndulo de Charpy (30 Kgf) desde su máxima altura.

Utilizaremos también una probeta normalizada por la ASTM de 55mm de largo,10*10 de sección y de acero F114. La entalla es de 2mm de profundidad en un ángulo de45º, por lo que la tenacidad que se determina en este ensayo se denomina tenacidad a laentalla.


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2.1 Objetivos:







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2.1 Objetivos:







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2.3 Desarrollo del ensayo de resilencia:

Consiste en romper en un solo golpe, con ayuda de una maquina especial cuyomartillo se mueve en trayectoria pendular, una probeta de dimensiones determinadas conuna entalla para facilitar la rotura.

A la energía conseguida en la rotura de la probeta se denomina resiliencia y sedesigna con las letras ℓ ó K.

Los ensayos de resistencia al choque y su medida, la resiliencia, valoranaproximadamente la tenacidad, que se define como la capacidad de resistencia al choque.

Las maquinas utilizadas para los ensayos de resistencia al choque consistefundamentalmente en un péndulo provisto de un martillo que se eleva hasta una alturadeterminada (h). La probeta se coloca en la vertical del eje de giro del péndulo en unsoporte adecuado. Se libra el péndulo de la sujeción que lo mantiene y al caer rompe la

probeta y una vez pasada la vertical, asciende hasta una altura (h’), inferior como esnatural a (h). El trabajo producido por el péndulo de peso (p).


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3.Ensayo de tracción.

3.1 Objetivos:

Unas de las propiedades más importantes de los materiales a la hora del diseño yde la selección de materiales, es entre otras, la resistencia a la tracción que soportadicho material. Esta propiedad se obtiene sometiendo la pieza a una carga máxima, através de una fuerza de tracción por medio de su propio eje.

En esta práctica realizaremos el ensayo de tracción, para determinar no solo laresistencia máxima a la tracción, sino también para obtener otros parámetros de interéstales como: modulo elástico, límite de fluencia, alargamiento y estricción.


Utilizaremos unas probetas cilíndricas normalizadas de dos tipos de aceros: F114 yF112, con el fin de poder diferenciar las propiedades mecánicas de ambos.

Las probetas empleadas son generalmente barras de sección regular y constantes,sus extremidades son de mayor grosor, para facilitar la fijación de dicha probeta a lasmordazas que la sujetan a la máquina que ha reproducido el esfuerzo de tracción.

3.3 Realización del ensayo:

En el ensayo de tracción sometemos una probeta, a un esfuerzo de tracción en ladirección de su eje, hasta romperla.

En la probeta se hacen dos marcas en las cuales se mide la longitud que sedenomina calibrada, esta longitud puede dividirse en partes iguales para medir ladeformación a lo largo de la probeta.

Para que los resultados de los ensayos sean comparables, deben ser las probetasutilizadas geométricamente semejantes, pues si solo de esta forma bajo las mismascargas se obtendrían deformaciones proporcionales.

Sea (L) la longitud de la parte calibrada y (S) la sección constante entre ésta y lalongitud deberá existir la misma relación. SKL

La probeta normal tiene un diámetro de 20 mm, una sección de 314 mm 2 y una

longitud entre puntos de 20 mm. Por tanto el coeficiente 3,11314

200K


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9Módulo elástico

Es la tensión máxima (carga máxima por unidad de sección) que puede soportarun metal sin sufrir deformación permanente. Como esto es muy difícil de determinar seacepta el valor de la carga que rebasa ligeramente la elasticidad produciendo unadeformación permanente del 0,2 % y se representa por E 2,0 , E 1,0 → 0,1 % de

alargamiento.

Alargamiento

Su determinación de realiza aumentando la tensión, de forma que se produzca unalargamiento máximo de 0,3 % por minuto en el periodo elástico. Una vez rota la

probeta se une las dos partes y se mide la distancia entre marcas. 1000

0

L

LLA f

El alargamiento que se produce es distinto según la posición de la sección de rotura yserá tanto menos cuanto mas cerca se halle de uno de los extremos.

Por esta razón solo es aplicable la formula anterior, cuando la rotura haya tenido lugar enel tercio central de la probeta.


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Estricción

Es la disminución de la sección de fractura de una probeta rota por alargamiento y seexpresa:

1000

0

S

SS f → 1002

0

220

D

DD f

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