ensayo de materiales parte 1- universidad nacional de ingenierÍa

8/17/2019 Ensayo de Materiales Parte 1- UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

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ENSAYO DE MATERIALES


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Objetivos:

Aprender los diferentes tipos densayos de materiales y su campde aplicación.Comprender los principios de lo

ensayos de materialesEncontrar propiedades mecanicaanalizando los resultadoobtenidos mediante los ensayotracción, dureza e impacto.


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Ensayo de Materiales

• Es un conjuntos de procedimientosnormalizados que se realiza para conoccomprobar las propiedades, caracterísy defectos en los materiales.

ic!os ensayos son re"ulados por ejem

#er$ : %&ECO#% 'apón : '%()(A : A(*+ usia :-O(* Alemania : %& Espaa : )&E %n"laterra : /( 0rancia: A0&O


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Los ensayos se dividen en:Ensayos estructivosEnsayos no estructivosTambién se clasifcan:0ísicos1uímicos+ec2nicos



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Ensayos de +ateriales

3os ensayos físicos miden cantidades co

la densidad, propiedades el4ctricma"n4ticas, t4rmicas y ópticas.En la in"eniería son importantes

ensayos mec2nicos, y los ensayos inspección 5como E&6 que detec

discontinuidades super7ciales o interiore3os ensayos químicos mas importan

para la in"eniería son los de o8idaciócorrosión.


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Tipos de Ensayos

9. Ensayo de Constitución. Ensayos +ec2nicos

;. Ensayos &o estructivos


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1. Ensayos de Constitución

Cuyo 7n es conocer composición y la estructura internde los materiales

a. Análisis u!mico: etermina qu

elementos constituyen un materiaasí como su cantidanormalmente e8presada en = epeso.

b. "i#racción de $ayos %: s

emplea para determinar la


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1. Ensayos de Constitución

c. Análisis Macro&ráfco: se realizavista o empleando pequeos menores a 9?? 5@9?? 86d. Análisis Micro&ráfco: es

microestructura de un material a amayores a 9?? 59??86. Esto retratamiento mec2nico o t4rmico queun metal.


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'. Ensayos Mecánicos

eterminan propiedades mec2nicmateriales, mediante el estudiocomportamiento ante la aplicaciónfuerza e8terna, por lo "eneral !

falle. 3os ensayos mec2nicos se dividen a. Est2ticosb. in2micos


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a. Estáticos

Cuando la fuerza se aplica duranteperiodo de tiempo relativamente la5s, m, !, etc6, cuyo valor pueaumentar pro"resivamente o constante durante todo el ensayo.

1. Ensayo de Tracción: se realiza pdeterminar la resistencia mecánicla ductilidad.

'. Ensayo de "ure(a: en los metalesuna medida de su resistencia a

de#ormados permanentemente.


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a. Estáticos

). Creep *termo+uencia,: se emppara estudiar el comportamiento de material cuando va a estar sometido#uer(as de tracción a altemperaturas durante un periodo

tiempo relativamente alto.-. le/ión: se realiza en una ba5sección cuadrada, rectan"ular o circulla cual se encuentra apoyada simplemeen ambos e8ternos y por el lado opue

se le aplica una #uer(a la 0ue aumen


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Ensayos de +aterialesb. "inámicos

Cuando la velocidad de aplicación de la fue

se realiza con elevada rapidez.1. mpacto: Estudio del comportamie

mec2nico de los materiales sometidofuerzas de impacto. 3as piezas que forparte de las maquinas, muc!as vesometidas a fuerzas din2micas, c!ocan e

ellas y se produce el des"aste.'. ati&a: cuando es necesario compleme

los ensayos de tracción con los ensayosfati"a, cuando las piezas trabajan bajoacción de fuerzas intermitentes 5que uctcon el tiempo6. 3as fuerzas aplicadas durael ensayo pueden ser de tracciónDcompre


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Ensayo de +ateriales

). Ensayos 2o "estructivos*2"T,etectar discontinuidades coporos, 7suras, etc. en la super7cen el interior de los materiales quepueden ser detectados en

inspección visual.Estas pruebas son realizadas andurante el proceso de fabricacióncuando est2n terminadas.


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).a,Métodos 3uperfciales

3ubsuperfciales4 etecta y locadiscontinuidades super7ciales o !a;mm por debajo de la super7cie.

9. %nspección Fisual

. 3íquidos #enetrantes;. #artículas +a"n4ticas


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Ensayos de +ateriales Li0uido 5enetrante #rimero 3impiar la super7cie a e8aminar, 3

aplicar el 3# y esperar 9? a ? min para que peen las discontinuidades. (e retira el 3# que no penetro en las discontinuid

lue"o se aplica el revelador que actuara comoesponja, y 7nalmente realizaremos la inspección.

%nspección:3# rojo Ojo Gum

3# 0luorescente32mpara luz)ltravioleta


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Ensayos de Materiale 5art!culas Ma&néticas

• #ermite detectar la presencia de discontinuidade

materiales ferroma"neticos .• #ara ello debemos ma"netizar la pieza limpia, l

aplicar las partículas ma"n4ticas, estas se a"rsobre las discontinuidades dibujando su forma


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Ensayos de Materiale

).b, Métodos volumétricos:

9. adio"rafía %ndustrialH etectdiscontinuidades y proporcionan la forma.

. )ltrasonidoH Itil para localizar rec!upeporos, 7suras. Adem2s se puede medir espesor.

;. Corrientes %nducidasH etermina el tamade "rano, dureza, inclusiones, medición espesores de laminas met2licas. El materde ensayo debe ser conductor el4ctrico.

Ensa os de Materiales


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#odemos apreciar que es posible medir elespesor del material JeK y la profundidad a

que se encuentra la discontinuidad que es J

Esquema de un ensayo mediante )ltrasonido

Ensayos de Materiales


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-. Ensayos Tecnoló&icos

Estudian el comportamiento de materiales cuando son requeridos paradeterminado trabajo.a6 Embutidob6 #le"ado

c6 #unzonado d6 Colabilidad e6 +aquinabilidad f6 (oldabilidad, etc


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Ensayo de MaterialeAplicación y 6so de los Ensayos

a. (elección de material

b. Control de Calidad

c. #ara evitar fallas en funcionamient

d. eterminar causas de fallas enservicio

e. %nvesti ación


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E23A78 "E T$ACC92

•

(e utiliza para obtener la resistencmec2nica5Lf y Lm286 y la ductilidad 5=ó =N6 de los materiales.

• (e pueden obtener otras propiedadey características como: módulo d

ri"idez 5E6, resiliencia el2stica5)6 tenacidad, entre otras.

E23A78 "E T$ACC92


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E23A78 "E T$ACC92

• (ometer a la probeta a una fuerza de tracción unidireccional, laaumenta pro"resivamente y simult2neamente se va obteniealar"amientos correspondientes de la probeta, tomando

referencia una lon"itud 3o 5lon"itud calibrada6.

+ediante un cabezal móvil, en la prueba de tensión se aplicauna fuerza unidireccional a una probeta


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Ensayo de *racción


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Ensayo de *racción

3a forma deesta curvadepender2 dtipo de matey la "eometrde la muestr5tamao6.


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Ensayo de *racciónA partir de curva 0D N

obtiene la cuesfuerzoDdeformación M6.

Esta curvadepender2 so

del material yde la "eometrde la probeta.


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Ensayo de *racción


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Ensayo de *racción: Ejemplo

• Si el diámetro inicial (Do) antes del ensa

de la probeta fue de 12,8 mm, siendo la carmáxima que soporto la probeta, antes

romperse fue de !," #$ (%máx), entonces

resistencia máxima o resistencia a la tracc

('máx) es


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En la 7"ura anterior se muestra uno de los tide probetas normalizadas, y en la tabla encuentran las dimensiones de probenormalizadas se"$n la norma A(*+ E>+D?<


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Análisis de la curva σ – ε:Se estudiar2 la que presenta un acer

carbono con recocido total.


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Limite proporcional *p,

Es el limite !asta donde los esfuproporcionales a las deformaciondonde se cumple la ley de GooQe:

3a pendiente de este tramo inicmodulo de Roun" : E


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Limite elástico *e,

Cuando un esfuerzo menor a Le ldeformaciones que se producen en material son el2sticas, es decir, una vretirado el esfuerzo la probeta recupera lon"itud inicial.

#ara esfuerzos mayores a Le la probesufrir2 deformaciones pl2sticas y el2sticapor lo cual su deformación sepermanente.


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3as deformaciones pl2sticas se ini

cuando el material alcance Le, y cuando la probeta tedeformaciones el2sticas y pl2st!asta rotura.

)na vez ocurrida la rotura, la propresentara solo deformaciones pl2stpues las el2sticas !abr2n desaparec


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#ara determinar la deformación el2stica y pl2stica qpresenta una probeta para un determinado esfuerzo

3a deformación el2stica siempre ser2: Mel2stica

Li it d l i #


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Limite de luencia o es#uer(o luencia*# ,

Este fenómeno se presenta solo en ciertos materiales d$c

5aceros ordinarios de bajo carbono con recocido total6.3a uencia es el aumento de deformación pl2stica que sufmaterial sin aumento de esfuerzo, en al"unos casos puede !un descenso de los esfuerzos. El primer pico es el que marcesfuerzo de uencia .

Como el limite de uencia es relativamente f2cil de determin

la deformación permanente es pequea !asta el puntouencia, constituye un valor muy importante de considerar ediseo.

En el material siempre ocurre que: Lp@ Le@ Lf , siendorealidad valores similares. #or lo que se puede decir que:

Lp T Le T Lf


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a mayora de los materiales no presentan el fen&meno

de fluencia, por ello se define el esfuer*o con+encional

fluencia o limite elástico con+encional (σ0,2), y en la

mayora de los casos reempla*a al limite elástico (σe ),

debido al que el σe es difcil de determinar en un ensayo

con+encional de tracci&n -l esfuer*o con+encional de

fluencia (σ0,2) se define como el esfuer*o que soporta u

material cuando presenta una peque.a deformaci&n

plástica del ",2 / (εp0",""2)

-n mucos casos el σf & σ0,2, indicara, en forma practicel comien*o de la deformaci&n plástica y reempla*a al

limite elástico (σe ) -s decir, si no se tienen referencia d

limite elástico de un determinado material se puede

asumir que dico +alor es mas cercano a σf & σ0,2


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i i l ió


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$esistencia a la tracción Lm28S 0ma8 A?. se le conoce como su resistencia

tracción

3a probeta desde el inicio del ensayo !asta cualcance el Lm28 sufrir2 solo deformaciones unifouna vez alcanzado el Lm28 se iniciara la estricciódecir, se presentara deformaciones localizada.

Esta estricción se presentara en los mated$ctiles y ser2 mas acusada cuando mas d$ctil loun material fr2"il no presentara la formación decuello y romper2 a un valor cercano a su resistenla tracción.


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espu4s de alcanzar el Lma8 !abr2 disminución de fuerza y la muestra continu

deform2ndose, la disminución de fuerza se da la reducción del 2rea transversal porpresencia de la estricción. En realidad la probcontinuara endureci4ndose 5aumentando dureza y resistencia mec2nica6 debido adeformación, a esto se le llama endurecimiepor deformación, es decir, que si se "ra7cfuerza dividida entre el 2rea medida enestricción 5A6 el esfuerzo ira aumentando !la rotura como se muestra en la si"uiente 7"u


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=alores de resistencia y

ductilidad3os par2metros que nos daninformación sobre la resistenciamec2nica de un material son el

esfuerzo de uencia y laresistencia a la tracción.

=alores de ductilidad3o que nos indican la ductilidad de

un material son el alargamiento


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a) Alargamiento derotura(ε)

El alar"amiento despu4s de larotura es la deformaciónpl2stica.El alar"amiento de rotura estambi4n llamado ductilidad.

(e calcula de la si"uientemanera.


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!) "stricción de#otura( )(e obtiene mediante lasi"uiente fórmula:

onde Af es el 2rea dela zona de rotura , y A? es el 2rea transversal

inicial de la probeta

100%0

0

A A A f −=ϕ

ϕ


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M d l d i id *E,


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Modulo de ri&ide( *E,

El aluminio tiene un modulo de ri"idez de PB -

y el acero ?U -#a, por lo que para un esfuerzaplicado dentro del ran"o el2stico, el aluminiodeformara, el2sticamente tres veces mas que acero.

El modulo de ri"idez esta determinado por la

fuerza de enlace entre los átomos, puesto queestas fuerzas no pueden alterarse sin cambiarnaturaleza básica del material, solo le afectarali"eramente las adiciones de aleantes, eltratamiento t4rmico o la deformación en frio


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Curvas LDV de al"unas aleaciones de in"eni


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En los metales, Lm28 y E disminuye


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os e a es, Lm28 y d s uyey N aumenta al incrementarse latemperatura de ensayo

Tenacidad


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3a tenacidad de un material es su capacidad paraabsorber ener"ía del campo pl2stico.


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)n material d$ctil presentara una

"ran deformación antes deromperse con una baja resistencia la tracción.

)n material tenaz presentarabuenos valores de resistencia yductilidad.un material fr2"il presentara bajovalores de ductilidad 5deformaciópl2stica nula6 y el valor de su


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M d l d ili i


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Modulo de resilienciaelástica*6$,esiliencia el2stica es la capacidad de un mate

para absorber ener"ía cuando es deformadoel2sticamente y devolverla cuando se elimina lfuerza.


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)n acero para producir resortes deb

un elevado modulo de resiliencia el2

+ientras que un acero tenaz ser2 adpara fabricar elementos de maquinaejes de transmisión de potencia.

Ejercicios resueltos


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Ejercicios resueltosEjercicio 1

-l lmite elástico de una aleaci&n de aluminio

""34a y su modulo de 5oung es 6"74a

a) alcular la fuer*a máxima de tracci&n que

barra puede soportar sin sufrir deforma

permanente onsidere que la barra es

secci&n cuadrada de 1" mm de lado

b) 9uánto se alarga cada milmetro de la b

cuando se le aplica la fuer*a:

(olución:


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a6 El limite el2stico5Le6 indica el comienzo de la deformaciópl2stica. #ara valores de esfuerzos menores o i"uales ael material solo sufrir2 deformaciones el2sticas.

3a car"a m28ima que puede soportar la barra sin sufdeformación pl2stica es de


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onsiderando que nuestra longitud calibrada(") sea de

1mm

ada milmetro de la barra se alargara en ;6x1"

) q p

uniforme, pues el inicio de la estricci&n ocurr

para fuer*as mayores omo los esfuer*os so

proporcionales a las deformaciones, entonces=

)(107,5107,5

107,570000

400

0

33

00

3

mm L L

L

L

L

MPa

MPa

E E

x x

xe

e

−−

−

=∆⇒=∆

==

===⇒=

δ ε

σ ε ε σ

Ejercicio


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Ejercicio

e la 7"ura mostrada calcule E, '"2,

para el esp>cimen de aluminio 2"2


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(olución

Ejercicio 2


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-n un ensayo de tracci&n de una probeta

aleaci&n de magnesio(Do02"mm y o0;"mm)

obtu+ieron los siguientes resultados=

a) alcular la resistencia a la tracci&n ('máx ) en 34a

b) alcular el modulo de 5oung (-) en 74a

c) alcular el alargamiento total, en / un instante ant

de producida la rotura

a) a resistencia a la tracci&n es la carga máxim

(% punto 1" de la tabla) que soporta la muest


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(%máx , punto 1" de la tabla) que soporta la muest

di+idida entre el área trans+ersal inicial (@")

b) -l modulo de 5oung es la pendiente de la pa

lineal inicial de la cur+a '


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deformaciones plásticas y elásticas /Atotal

/Aplástico /Aelástico

-l punto 1" de la tabla indica el alargamientopermanentemente (E0";6 mm) que presenta la

muestra despu>s de la rotura

Su elongaci&n Fusto antes de la rotura es=

676.010044881

10095300

100%.

14.110050

57.0100%%

===⇒==

==∆

==

π σ ε ε σ σ

ε δ

E E

Lo

L

roturaeemáxrotura

p p

8.1676.014.1% =+=total

ε

Ejercicio 3

Se quiere fabricar un componente similar al que


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Se quiere fabricar un componente similar al que

aprecia en la siguiente figura -l componente sopor

una fuer*a de 1""#$ en tracci&n y estará formado

acero y lat&n, los cuales están unidos a una p

rgida alcule el diámetro (D), del lat&n, para qucomponente (lat&n G acero) trabaFe solo en la *

elástica y no sufra deformaci&n permanente

3a deformación


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misma, pues ambos est2n unidos a placa rí"ida. (e debe cumplir la leyGooQe: LSEM. El limite proporcional

el2stico son valores muy similares.3a fuerza 0 ser2 soportada por ammetales de tal manera que: 0S0AceroY0

el grafico σ – ε para ambos metales=


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g p

Del grafico σ – ε se aprecia que la máx

deformaci&n A que puede soportar el componente e

21 x 1"


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ensayo de materiales parte 1- universidad nacional de ingenierÍa

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