ENSAYO DE MATERIALES

Jhonatan guzman rojas
http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi2000/santa-fe-sur/ensayodemateriales/index.htm
Procedimiento:
Primero entramos e http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi2000/santa-fe-sur/ensayodemateriales/index.htm , entramos en el link ensayos , copiamos parte pero no sin antes leer y lo pegamos en Word.
Segundo entramos en el blog de el profesor y entrar también el al de nosotros .
Tercero consultar http://www.mailxmail.com/curso/vida/soldaduras y descargar partes de archivos para después subirlas a blog

ENSAYO DE MATERIALES
DESARROLLO
En esta sección se encontrara con una gran cantidad de ensayo realizados en nuestra escuela con equipamiento propio, la realización fue hecha en el marco de la Feria Juveniles de Ciencia y Tecnología Nacionales del año 1997 por los alumnos De Souza Santos Mauricio Javier, Eguia Ezequiel Marcos y Garquichevich Diego Gaspar todos ya Técnicos Mecánicos recibidos en nuestra escuela.
Las actividades llevadas a cabo para realizar este estudio consistieron, primero, en recabar toda la información referida a cada una de las experiencias.
Luego la realización de las experiencias prácticas con la obtención de los datos que caracterizan a cada material en estudio. Para la realización de los ensayos se debieron mecanizar 32 probetas (en el taller de nuestra escuela) todas las éstas según normas, partiendo únicamente de dos barras, una de cada material.

Esta sección se encontrara con el análisis completo de dos aceros: el SAE 1015 (acero al Carbono con 0,15 % C) y el SAE 1045 (acero al Carbono con 0,45 % C).. Comprobaremos el comportamiento de los acero sometido a solicitaciones distintas, el de mayor % de C, debido a sus características soporta tensiones más elevadas en los distintos tipos de ensayos [Ensayo de Tracción, Compresión, Flexión y Corte] y además tiene, indudablemente, deformaciones menores que su similar. La dureza va en incremento con el % de C lo que implica una diferencia a favor del SAE 1045 [Ensayo de Dureza]. Sometido a grandes deformaciones estáticas [Ensayo de plegado], no hay grandes discrepancias ya que la diferencia de % de C de su estructura no es grande como para hablar de un material dúctil y otro frágil, pero si, la hora de evaluar la energía necesaria para producir la ruptura [Ensayo de Impacto] los valores son mayores para el material más tenaz como el de menor % de C. En la solicitación dinámica [Ensayo de Fatiga] el acero SAE 1045 soportar más número de ciclos que el SAE 1015 aún con tensiones más elevadas. El trabajo esta completado con un Análisis Químico completo y un Examen Metalográfico para saber con certeza con que materiales trabajamos.


ANÁLISIS QUÍMICO

Trabajamos con aceros provenientes de dos barras, una de cada material; el material fue provisto por un comercio el cual garantiza las características pedidas. Pero para asegurarnos que trabajábamos con el material especificado se le realizará un análisis químico que tiene como objeto obtener los % de cada uno de los componentes que lo integran.

ANÁLISIS QUÍMICO DE LAS PROBETAS DE NUESTRO ESTUDIO.
En nuestro caso recurrimos al Instituto DAT (Dirección de asesoramiento y servicio tecnológico) ya que el instrumento de la escuela no es tan completo en función a los elementos que detecta. Se realizo en un Espectrofotometro de Admisión (para base hierro, o sea para solo análisis químicos de materiales ferrosos), marca SPECTROLAB. El análisis consiste en una chispa que ataca la muestra y lee el espectro que en función de la longitud de onda de este espectro se determina los componentes. El chispeo se realiza en varios lugares de la muestra con una atmósfera de Argón para eliminar el oxigeno.
METALOGRAFIA

La metalografía estudia la estructura de los metales y sus aleaciones estos tienen un enorme campo de aplicación en las construcciones mecánicas y metálicas.
EXAMEN MICROGRAFICO
Los ensayos micrográficos se realizan sobre muestras o probetas de los materiales que han de ser sometidos a estudio, preparamos una superficie que luego de ser pulida convenientemente, se ataca con reactivos químicos apropiados a la finalidad de la determinación a realizar.
Si el examen se ejecuta para analizar una fractura, la que se sospecha provocada por irregularidades en el material, las muestras deberán ser por lo menos dos, una de la propia fractura y otra de una zona intacta de la misma pieza, con el objeto de observar y comparar las modificaciones que ha sufrido la estructura y de las que se podrán deducir y contar con una mayor cantidad de datos, es necesario tener en cuenta además, los tratamientos recibidos por la pieza en su fabricación, como forjado, laminado, recocido, temple, etc. pues en muchos casos (forjado y laminado) es beneficio contar con muestras en las distintas direcciones de sus fibras. Como se ha indicado, el estudio en si se hace sobre superficies convenientemente preparadas de dichas muestras o probetas. Esta preparación consistente en llegar a un pulido casi perfecto, para lo cual se parte de un desbaste que podríamos llamar grueso, con el fin de aplanar la superficie, lo que se consigue con un ajuste a lima o con el auxilio de devastadoras mecánicas de diseño especial.
Los reactivos químicos y sus finalidades son muy variadas, pero en principio se busca con ellos la revelación, por coloración o por corrosión, de los distintos componentes de una estructura metalografica para poder diferenciarlos con facilidad. Por lo general, están constituidos por ácidos, álcalis, etc. diluidos en alcoholes, agua, glicerina, etc. Y su elección se hará de acuerdo con la naturaleza química la estructura a destacar en la muestra.
Con tal fin, una vez pulida la superficie se hará en agua caliente, frotándola con un algodón o tela suave para quitarle todo rastro de las operaciones anteriores o grasitud que pueda presentar, concluyendo esta limpieza con alcohol etílico o solvente similar y secándola con un soplado de aire caliente.
Las fotografías obtenidas de estos exámenes, genéricamente llamados “Microfotografías “, se logran con la ayuda del microscopio metalográfico, cuyos principios ópticos y de observación no difieren mayormente de los comunes. En él, con iluminación adecuada de una, se observa por reflexión (los rayos luminosos al incidir sobre el objeto se refleja hacia el ocular), la imagen de la superficie atacada, a través de un sistema de lentes con los que se amplifica según lo que requiera la observación.
Por otra parte, con la observación de las estructuras micrográficas y por comparación con microfotográfias, es posible deducir el contenido aparente de carbono, finura y variedad de los componentes, clasificación de aceros, reconocer las inclusiones por defectos de fabricación (óxidos, silicatos, oxisulfuros, silicoaluminatos), etc
TRACCIÓN

Un cuerpo se encuentra sometido a tracción simple cuando sobre sus secciones transversales se le aplican cargas normales uniformemente repartidas y de modo de tender a producir su alargamiento.
Por las condiciones de ensayo, el de tracción estática es el que mejor determina las propiedades mecánicas de los metales, o sea aquella que definen sus características de resistencia y deformabilidad. Permite obtener, bajo un estado simple de tensión, el límite de elasticidad o el que lo reemplace prácticamente, la carga máxima y la consiguiente resistencia estática, en base a cuyos valores se fijan los de las tensiones admisibles o de proyecto (sadm.)y mediante el empleo de medios empíricos se puede conocer, el comportamiento del material sometidos a otro tipo de solicitaciones (fatiga, dureza, etc.).
Cuando la probeta se encuentra bajo un esfuerzo estático de tracción simple a medida que aumenta la carga, se estudia esta en relación con las deformaciones que produce. Estos gráficos, permiten deducir sus puntos y zonas características revisten gran importancia, dicho gráfico se obtiene directamente de la máquina.
Un caso típico es el diagrama que nos presenta el gráfico de un acero dúctil indicado en la figura, en donde el eje de las ordenadas corresponde a las cargas y el de la abscisas al de las deformaciones longitudinales o alargamientos en milímetros. 1) Periodo elástico
Se observa en el diagrama que el comienzo, desde el punto O hasta el A, esta representado por una recta que nos pone de manifiesto la proporcionalidad entre los alargamientos y las cargas que lo producen (Ley de Hooke). Dentro de este periodo y proporcionalmente hasta el punto A, los aceros presentan la particularidad de que la barra retoma su longitud inicial al cesar la aplicación de la carga, por lo que recibe indistintamente el nombre de periodo de proporcionalidad o elástico.
2) Zona de alargamiento seudoelástico
Para el limite proporcional se presentan un pequeño tramo ligeramente curvo AB, que puede confundirse prácticamente con la recta inicial, en el que los alargamientos elásticos se les suma una muy pequeña deformación que presenta registro no lineal en el diagrama de ensayo. La deformación experimentada desde el limite proporcional al B no solo alcanza a valores muy largos, si no que fundamentalmente es recuperable en el tiempo, por lo que a este punto del diagrama se lo denomina limite elástico o aparente o superior de fluencia.
3) Zona de fluencia o escurrimiento
El punto B marca el inicio de oscilaciones o pequeños avances y retrocesos de la carga con relativa importante deformación permanente del material. Las oscilaciones en este periodo denotan que la fluencia no se produce simultanea mente en todo el material, por lo que las cargas se incrementan en forma alternada, fenómeno que se repite hasta el escurrimiento es total y nos permite distinguir los “limites superiores de fluencia”. El limite elástico aparente puede alcanzar valores de hasta el 10 al 15 % mayores que el limite final de fluencia.
4) Zona de alargamiento homogéneo en toda la probeta.
Más allá del punto final de fluencia C, las cargas vuelven a incrementarse y los alargamientos se hacen más notables, es decir que ingresa en el período de las grandes deformaciones, las que son uniformes en todas las probetas hasta llegar a D, por disminuir, en igual valor en toda la longitud del material, la dimensión lineal transversal. El final de período de alargamiento homogéneo queda determinado por la carga máxima, a partir de la cual la deformación se localiza en una determinada zona de la probeta, provocando un estrechamiento de las secciones que la llevan a la rotura, al período DE se lo denomina de estricción. En la zona plástica se produce, por efecto de la deformación, un proceso de endurecimiento, conocido con el nombre de “ acritud “, que hace que al alcanzar el esfuerzo la resistencia del metal, éste al deformarse adquiere más capacidad de carga, lo que se manifiesta en el gráfico hasta el punto D.
5) Zona de estricción
En el período de estricción, la acritud, si bien subsiste, no puede compensar la rápida disminución de algunas secciones transversales, produciéndose un descenso de la carga hasta la fractura.

COMPRESION

El ensayo de compresión es poco frecuente en los metales y consiste en aplicar a la probeta, en la dirección de su eje longitudinal, una carga estática que tiende a provocar un acortamiento de la misma y cuyo valor se irá incrementando hasta la rotura o suspensión del ensayo.
El diagrama obtenido en un ensayo de compresión presenta para los aceros, al igual que el de tracción un periodo elástico y otro plástico.
En los gráficos de metales sometidos a compresión, que indica la figura siguiente obtenidas sobre probetas cilíndricas de una altura doble con respecto al diámetro, se verifica lo expuesto anteriormente, siendo además posible deducir que los materiales frágiles (fundición) rompen prácticamente sin deformarse, y los dúctiles, en estos materiales el ensayo carece de importancia, ya que se deforman continuamente hasta la suspención de la aplicación de la carga, siendo posible determinar únicamente, a los efectos comparativos, la tensión al limite de proporcionalidad.
En los gráficos de metales sometidos a compresión, que indica la figura siguiente obtenidas sobre probetas cilíndricas de una altura doble con respecto al diámetro, se verifica lo expuesto anteriormente, siendo además posible deducir que los materiales frágiles (fundición) rompen prácticamente sin deformarse, y los dúctiles, en estos materiales el ensayo carece de importancia, ya que se deforman continuamente hasta la suspensión de la aplicación de la carga, siendo posible determinar únicamente, a los efectos comparativos, la tensión al limite de proporcionalidad.
PROBETAS PARA COMPRESIÓN DE METALES
En los ensayos de compresión, la forma de la probeta tiene gran influencia, por lo que todos ellos son de dimensiones normalizadas.
El rozamiento con los platos de la maquina hace aparecer, como dijimos, un estado de tensión compuesta que aumenta la resistencia del material, la influencia de estas tensiones va disminuyendo hacia la sección media de la probeta, razón por la cual se obtiene mejores condiciones de compresión simple cuando están se presenta con forma prismáticas o cilíndricas de mayores alturas, las que se limitan, para evitar el efecto del flexionamiento lateral debido al pandeo.
DETERMINACIONES A EFECTUAR EN UN ENSAYO DE COMPRESIÓN
En general es posible efectuar las mismas determinaciones que en el ensayo de tracción, por lo que solo insistiremos en las más importantes.
Resistencia estática ala compresión:
Tensión al limite proporcional:
En los metales muy maleables, que se deforman sin rotura, la tensión al límite proporcional resulta el único valor empleado a los fines comparativos.
Tensión al límite de aplastamiento:
El valor de Pf que corresponde al límite de aplastamiento es equivalente al de fluencia por tracción, no presentándose en forma tan nítida como este ni aun en los aceros muy blandos, por lo que generalmente se calcula, en su reemplazo, la tensión de proporcionalidad.
Acortamiento de rotura
correspondiente al alargamiento de rotura por tracción.
Ensanchamiento transversal.
Corresponde a la estricción en tracción.

ENSAYO DE COMPRESIÓN A LOS ACEROS SAE 1015 Y SAE 1045
Se realizó en la máquina de Ensayos Baldwin con los dispositivos de compresión (foto Nº 4). Del diagrama solo se pueden obtener valores de carga y no de deformación, ya que no se dispone del compresómetro (mide acortamientos en la probeta).
Ambas probetas tienen dimensiones iniciales idénticas:
hi (altura) = 30 mm
di (diámetro inicial) = 20 mm => Si = 314,16 mm²
Según la norma ASTM E9-81 la probeta se denomina probeta corta (ho = 0,8 a 2 do).
Ensayo de compresión en el material SAE 1015
Del diagrama:
Pp = Esc.P . 120 mm = 125 Kg/mm . 120 mm = 15000 Kgf
sP = Pp/Si = 15000 Kgf/314,16 mm² = 47,75 Kgf/mm²
Los valores siguientes corresponden cuando el ensayo se suspendió a los 25000 Kgf
df = 24,43 mm => Sf = 468,74 mm² y hf = 21,38 mm
Observación:
El ensayo se suspendió a los 25000 Kgf debido a que la probeta se puede comprimir indefinidamente (material muy dúctil).
Para esta carga el acortamiento (d%) y el ensanchamiento (y%) fue:


Ensayo de compresión en el material SAE 1045
Pp = EscP . 137 mm = 125 Kgf/mm . 137 mm = 17125 Kgf
sP = 17125 Kgf / 314,16 mm² = 54,51 Kgf/mm²
Los valores al suspender el ensayo para 25000 Kgf son:
df = 20,83 mm² => Sf = 340,45 mm² y hf = 27,42 mm
(Valores de acortamiento y ensanchamiento al suspender el ensayo (a 25000 Kgf):


Debido a que los ensayos no se finalizaron no se puede calcular el acortamiento de rotura y la resistencia estática a la compresión.
Los siguientes diagramas son los correspondientes a los ensayos realizados en el SAE 1015 y el SAE 1045.