ENSAYOS MECÁNICOS

Para saber los valores de resistencia de un material, basta, buscarlos en una

tabla, pero no siempre es tan sencillo.

Algunas veces, se trata de saber la resistencia de un material nuevo, y en otros

casos se desea comprobar si efectivamente el material que se va a emplear

tiene las características que indica el fabricante. En este caso, ¿cómo se

averiguan las características mecánicas? Midiéndolas.

Probeta

Es corriente, para medir las características de un material tomar una parte de él

y someterla a pruebas mecánicas o químicas. A veces es suficiente para

determinadas propiedades de los materiales, y sobré todo de las piezas un

ensayo general de la pieza que no llegue a destruirla.

La parte del cuerpo que se separa y se emplea para realizar el ensayo, recibe

el nombre de probeta o muestra, según el ensayo.

Concretamente en los ensayos para determinar la resistencia mecánica, a los

que ahora vamos a referirnos, se llaman probetas.

Se toma, pues, un trozo de material y se le aplica el tipo de esfuerzo de que se

trate; primero con un valor muy pequeño; luego se va aumentando poco a poco

hasta que se rompe, y entonces se calcula la resistencia a la rotura para aquel

material y aquel tipo de esfuerzo.

El ensayo de tracción

Este ensayo se utiliza para determinar la resistencia y el límite elástico a la

tracción de los materiales, así como también otra característica de los

materiales llamada alargamiento por ciento hasta rotura, que da una idea de la

ductilidad del material (o sea, de su capacidad de deformarse antes de

romperse).

El ensayo se hace con trozos del material en forma de pequeñas barras cuya

sección se halla perfectamente calibrada a todo lo largo (es decir, trabajada a

una medida constante y con gran precisión), excepto en dos extremos que son

de mayor grueso (Fig. 1). Estas son las probetas.

Para realizar el ensayo, uno de los extremos de la probeta se sujeta

fuertemente (Fig. 2) y en el otro se aplica una fuerza de tracción, que va

aumentando hasta que la probeta se rompe. Esto se hace en máquinas

especialmente construidas para ello, una de las cuales puede ver en la figura 3.

En tales máquinas, la fuerza es producida por medio de presión de aceite o por

medios mecánicos; la de la figura 3 la produce por presión de aceite.

Un aparato indicador señala en cada momento la fuerza que se está aplicando,

y en muchas máquinas hay además un dispositivo registrador que dibuja un

diagrama o gráfico del ensayo. Vea en la figura 3 el indicador de fuerzas (1) y

el registrador (2). La probeta se sujeta por una de las cabezas (extremos más

gruesos) a la mordaza fija (3) y por la otra a la mordaza móvil (4). Esta última

está situada en la viga (5), la cual recibe el esfuerzo a través de las barras (6)

de un travesaño (7) que es movido por un vástago del émbolo del cilindro de

presión hidráulica (8).

El registrador de diagramas consiste (Fig. 4 en un cilindro (1) sobre le que se

enrolla el papel en el que quedará dibujado el diagrama. Este cilindro tiene un

movimiento de giro proporcional al desplazamiento de la mordaza móvil de la

máquina, o lo que es lo mismo, a los alargamientos de la probeta que se

ensaya. Un lápiz o pluma (2) apoya su punta sobre el papel y se mueve a lo

largo de una recta, siendo su desplazamiento proporcional a las cargas

aplicadas en cada instante. Al hacer el ensayo, queda dibujada en el diagrama

una curva que tiene una forma parecida a la de la figura 5.

En este diagrama puede verse la carga que corresponde al límite elástico de la

probeta (KE'), que es la carga en el punto del diagrama donde la línea deja de

ser recta, y la carga de rotura (KR), que corresponde al punto en que la carga

es la máxima resistencia por la probeta.

Dividiendo estos dos valores entre la sección de la probeta, se tienen los

valores del límite elástico y de la resistencia a la tracción, respectivamente.

Ensayos de compresión y cortadura

Para la ejecución de estos ensayos, y para determinar las características

mecánicas correspondientes a estos esfuerzos, se emplean los mismos tipos

de máquinas que para los ensayos de tracción, pero las probetas son de forma

diferente.

En la figura 6 se muestran diversos tipos de probetas empleadas para ensayos

de compresión.

En los ensayos de compresión, las probetas se sitúan entre la parte superior

fija de la máquina y el travesaño o cabezal móvil (Fig. 7), o bien se disponen en

un aparato o utillaje especial (Fig. 8) que convierte el esfuerzo de tracción de la

máquina en esfuerzo de compresión sobre la probeta.

Para los ensayos de cortadura se disponen las probetas en utillajes especiales,

como el mostrado en la figura 9. Las probetas son, en este caso, cilindros o

prismas rectangulares.

Ensayos de flexión y doblado

En las máquinas del tipo de la figura 3 se pueden realizar ensayos de flexión y

doblado, lo cual las hace útiles para realizar prácticamente toda clase de

ensayos bajo esfuerzos estáticos, por lo que se les da el nombre de máquinas

universales.

Para los ensayos de flexión y doblado se utilizan disposiciones como las

mostradas en la figura 10 y 11, respectivamente.

Ensayo de dureza

Se llama dureza a la resistencia que oponen los materiales a ser rayados o

penetrados por un punzón de forma determinada.

Esta propiedad es interesante desde el punto de vista mecánico, por estar

relacionada con otra; propiedades, como por ejemplo —de forma directa y

sencilla— la resistencia al desgaste, sin que para ello se necesiten ensayos

destructivos. Se pueden, pues, realizar las mediciones sobre las mismas piezas

que han de formar el mecanismo, máquina o motor que se construye.

Dureza Brinell

El método más extendido para la determinación de durezas en construcción

mecánica es le método Brinell, que consiste en aplicar a la superficie del

material una bola de acero muy duro, con una fuerza determinada P; esto

produce sobre el material una huella o impresión en forma de casquete

esférico. Se llama dureza Brinell de un material al resultado de dividir la carga

P en kilos por el área S en milímetros cuadrados de la superficie del casquete

esférico de la impresión, y se la representa por �(delta).

El ensayo de dureza Brinell no puede emplearse para durezas muy elevadas

(superiores a 600 cifras) y resulta inexacto ya para durezas superiores a 500

cifras, porque se deforma la bola.

Durezas Rockwell y Vickers

Para durezas .superiores a �= 500 se emplean con preferencia otros métodos

como son Rockwell y el Vickers, en los cuales la punta del punzón es de

diamante.

Ensayo de resistencia al choque

La resistencia al choque no es una característica absoluta; es decir, que su

valor no se determina solamente por la clase de material, como la resistencia a

la tracción o la compresión, sino que varía en gran manera según sea la forma

de ejecución del ensayo y la forma de la probeta elegida. Por ello, los valores

obtenidos en este tipo de ensayos sólo sirven para comparar unos materiales

con otros, cuando han sido obtenidos ensayándolos de igual forma.

Cuando el ensayo se realiza rompiendo por choque una probeta rectangular

con una entalla, de forma que el choque tienda a doblarla en sentido opuesto a

la entalla (fig.12) la resistencia opuesta a la fractura se llama resiliencia.

La forma más corriente de realizar este ensayo es emplear la probeta

Mesnager, cuya forma y dimensiones se ven en la figura 13.

La máquina empleada para el ensayo es el llamado péndulo de Charpy de 30

kgm (Fig. 14). La probeta se apoya por los dos extremos y recibe el choque de

la cuchilla, en la cara opuesta a la entalla y en la misma sección de ésta. La

resiliencia se mide por el trabajo necesario para romper la probeta.