Ensayos Destructivos Mejorado 2015-03!26!212

Unidad N4: Ensayo de Materiales

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Ciencia de los Materiales Facultad de Ingeniera Universidad Nacional de Cuyo

ENSAYO DE COMPRESIN.INTRODUCCIN

Es un ensayo que consiste en aplicar una fuerza esttica sobre el eje longitudinal con la intencin deacortar o presionar la probeta. Es una prueba de poco uso en metales, mucho ms usado para elhormign.El diagrama obtenido para metales es similar al del ensayo de traccin, consiguiendo una zonaelstica al principio, y una zona plstica hacia el final, cada zona depende del tipo del material, aligual que la fractura. Generalizando los dos casos ms comunes, para metales dctiles obtenemosuna zona elstica caracterstica, dada por la ley de Hooke, y una zona plstica amplia sin aparicinde fractura o rotura final. En cambio en el caso de los metales ms frgiles, obtenemos una zonaelstica de poca deformacin, con una zona plstica prcticamente nula con la aparicin de unacarga de ruptura.Debemos considerar que el diagrama obtenido de la mquina de ensayo es convencional, es decir,se refiere a la seccin inicial, y no a las secciones instantneas. Considerando las reas momento amomento, el diagrama real cae por debajo del convencional, esto es ms evidente para los metalesde gran maleabilidad, ya que permiten un gran poder de deformacin.

PROBETAS PARA EL ENSAYO DE COMPRESIN.

La geometra de la probeta en este ensayo influye de gran manera en los resultados de laexperiencia, es por ello que se deben tener en cuenta las normas acerca de ellas.Los dos principales inconvenientes de este ensayo se producen por: el rozamiento sobre las bases yel fenmeno de pandeo. El primero se hace evidente en probetas cortas, donde la friccin en lascaras genera un estado de tensin compuesto, que produce un aumento en la resistencia de laprobeta. Este fenmeno se reduce hacia la seccin transversal del centro de la probeta, lo queindica que mientras ms larga sea la probeta, ms se reduce el efecto del rozamiento. El efecto depandeo o de flexionamiento lateral se origina en las probetas ms largas o esbeltas, por lo que lalongitud de la probeta estar limitada por este efecto.


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Un tercer inconveniente de este ensayo es la forma de las bases, para evitar efectos de forma, seutilizan probetas de seccin circular, las cuales no poseen aristas ni puntos angulosos.Segn la norma ASTM E9 las probetas se pueden clasificar es tres grupos:

Probetas cortas: utilizadas para ensayos sobre metales que trabajaran bajo condicionesnormales y a espesores reducidos. h=0,8 a 2 d

Probetas medianas: se seleccionan para ensayos de carcter general. h=3 d Probetas largas: se usan especialmente para la determinacin del mdulo de elasticidad a la

compresin. h=8 a 10 dUna condicin importante de las probetas a ser ensayadas rigurosamente, es la planitud yparalelismo de las caras a ser comprimidas. Para que el ensayo sea lo ms perfecto posible, las carasdeben ser totalmente planas para apoyar plenamente sobre los platos de la mquina y deben serparalelas para que el esfuerzo transmitido sea longitudinal y no produzca flexionamiento lateral.Para evitar problemas los platos de la mquina de ensayo son de superficie endurecida y cuentancon una rotula que se adapta a la forma de la probeta.

FRACTURA POR COMPRESIN

Hay que dejar en claro que las fracturas no se dan en materiales de mucha maleabilidad, por lo queel anlisis de fractura queda para los materiales con cierta fragilidad. En general las fracturas porcompresin de dan en planos inclinados con respecto a la seccin circular.Las fracturas sobre planos inclinados son productos de lastensiones tangenciales internas que se producen dentro de laprobeta, que para el caso alcanzan mximo valor en los planosa 45 respecto a la seccin transversal. Demostracin:

Cabe destacar que las fracturas en la realidad son entre 50 y60 respecto a la seccin transversal, debido al efecto derozamiento sobre las bases de la probeta.


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DETERMINACIONES A EFECTUAR EN EL ENSAYO DE COMPRESIN

1. Resistencia esttica a la compresinSe puede obtener slo para metales con cierto nivel de fragilidad que produzcan ruptura durante el

ensayo.

2. Tensin al lmite de proporcionalidad.Es el valor ms representativo de este ensayo ya que es el nico que se puede obtener para describir

el comportamiento de los metales ms maleables.

3. Tensin al lmite del aplastamientoEs un equivalente al limite a la fluencia del ensayo de traccin, se puede observar en algunos

metales maleables, pero no es muy utilizado.

4. Acortamiento de roturaEquivalente al alargamiento por traccin

5. Ensanchamiento transversal

Correspondiente a la estriccin en el ensayo de traccin

6. Mdulo de elasticidadSe puede obtener el mdulo de Hooke se ciertos materiales, el cual coincidir con el obtenido en el

ensayo de traccin

Unidad N4: Ensayo de MaterialesCiencia de los Materiales Facultad de Ingeniera Universidad Nacional de Cuyo

1 GENERALIDADES

Si las fuerzas actan sobre una

ENSAYO DE FLEXIN

pieza de material demanera tal que tiendan a producir esfuerzos decompresin sobre una parte de la seccin transversal y detraccin sobre la parte restante, se dice que dicha piezaest sometida a flexin. En las estructuras y mquinas enservicio la flexin puede ir acompaada de corte, el cualest presente casi siempre en vigas cuya h lo/10.Los ensayos de flexin son menos empleados que los detraccin pues los valores de resistencia deducidos de esteltimo pueden ser aplicados en los clculos deestructuras que trabajan a flexin: sin embargo, en casosespeciales es conveniente obtener los coeficientes queentran en los clculos, directamente de los obtenidos eneste ensayo.Las figuras ilustran vigas sometidas a esfuerzostransversales (perpendiculares a su eje longitudinal)actuando en su plano de simetra, los cuales provocarnuna deformacin de trazado circular en dicho plano.El efecto flexionante en cualquier seccin se expresacomo el momento flector M, el cual es la suma de losmomentos de todas las fuerzas que actan a la izquierdade ella (o a la derecha). Usualmente la flexin vaacompaada de los esfuerzos de corte, el cual para unaseccin se considera como la suma algebraica de todaslas fuerzas transversales actuantes a la izquierda de ella(o a la derecha cambiada de signo). Las variaciones delmomento flector y del esfuerzo de corte a lo largo de una viga se llaman diagramas.Para el primer esquema de cargas se tiene la flexin prctica y para el segundo la flexin pura,ya que en el tercio medio los esfuerzos de corte son nulos.

2 DISTRIBUCIN DE LOS ESFUERZOS EN LAS SECCIONES TRANSVERSALES

Por efecto del flexionamiento que producen las cargas vistas, las fibras inferiores sufren unalargamiento y las superiores sufren un acortamiento, poniendo de manifiesto las tensiones detraccin y compresin e induciendo que en algunos puntos de la seccin transversal, las tensionessern nulas; dichos puntos determinan una recta que generalmente se supone coincidente con el ejemedio de la seccin y a la que se llama eje neutro.La teora de flexin supone que una seccin plana sometida a la accin de un momento flector,permanece plana; pero sufre una rotacin alrededor de su eje neutro, con respecto a una vecina,convergiendo todas sobre un centro de rotacin.Si se considera un tramo de viga de longitud unitaria, una fibra genrica experimenta unadeformacin y y como dentro del periodo proporcional es segn la ley de Hooke: y = E * y, elmismo tipo de diagrama lineal indicar las tensiones que experimenta esa seccin.Las condiciones generales de equilibrio establecen que:


a) algebraica de fuerzas longitudinales = 0; PT - PC = 0b) algebraica de fuerzas verticales = 0 ; RA P + RB = 0c) algebraica de los momentos flectores sea = 0, o sea que el momento de las fuerzas exterioresaplicadas a la probeta, debe ser igual al momento de las fuerzas interiores que actan en una seccintransversal.

RA * x PT * d = 0PC * d = PT * d

Es decir que supuesto el material con igual comportamiento bajo ambos esfuerzos, las resultantes delos mismos equidistan del eje neutro; en cambio, en la generalidad de los casos en que no se cumpleesta condicin, el eje se desplaza hacia la zona ms resistente para mantener la igualdad de lasresultantes de los esfuerzos internos y por lo tanto la de sus momentos. Una vez pasada laproporcionalidad y por el hecho comprobado experimentalmente que las secciones transversales semantienen prcticamente planas, la variacin sigue siendo lineal; en cambio el diagrama de tiende a curvarse en los extremos, o sea que las fibras que entran en periodo plstico sufren menoresincrementos de tensiones para iguales aumentos de las deformaciones.

3 CLCULO DE LA RESISTENCIA A LA FLEXIN:

Se efecta determinando el momento queproducen las fibras interiores respecto al ejeneutro, en una seccin, que se oponen almomento flector originado por las cargasexteriores aplicadas al material.Si se tiene una seccin transversal de reaS, de forma rectangular, en una franja dssituada a una distancia y del eje neutro,actuar y producida por unaque: dp = y* ds

dp, tal

El momento respecto al eje neutro es: dM = dP * y = y* ds * yDel diagrama de tensiones en periodo proporcional es: y /e = y /e y = (y * e/ e) dM =(e/e) * y2 * ds



(3)

Como se vio, el momento de las fuerzas interiores tiene que ser igual al que produce con respecto ala misma seccin, la carga aplicada sobre el material, para que el sistema se encuentre en equilibrio.Si lo llamamos Mf ser:

MINT = Mf = (e /e)*Jx

e=e*Mf /Jx(1)

e= Mf/ WxA Jx /e se lo conoce como mdulo resistente Wx (2)Esta es la llamada frmula de Navier y de acuerdo a la deduccin puede aplicarse en flexin puray cuando deformaciones y tensiones varen en forma lineal.Con (1) se puede calcular en cualquier seccin el valor de la tensin en distintos puntos de ella, enfuncin de sus distancias al eje neutro

y=y* Mf/Jx

Esta expresin confirma el diagrama visto ya que para y = 0 es y = 0 y para

y = e es y = ePor convencin el momento flector ser positivo cuando la viga se flexione hacia abajo, o seacuando los esfuerzos de traccin se encuentren debajo del eje neutro.3-a Clculo del momento de inercia en seccin rectangular:

b3hJy y Jx 12

bh3

12

Jp Jx Jy bh12

h2 b2 Jx = momento de inercia con respecto al eje xJy = momento de inercia con respecto al eje yJp = momento de inercia polar respecto a un polo o eje de giro

3-b Clculo del momento de inercia en seccin circular:Para la probeta de seccin circular, que es la ms usada en metaleses:

D4Jp y el momento de inercia normal por simetra es:32


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0 PROM 0

4


3-c Clculo del mdulo de elasticidad:Por estar sometido el material a una carga de intensidad creciente el eje neutro se va flexionando,llamndose flecha a la distancia vertical entre la posicin inicial de dicho eje, o sea descargado, ylas posiciones instantneas que por efecto de la carga va tomando, medidas en el lugar de mayorflexionamiento de la probeta.Si en el periodo elstico o proporcional se determinan flechas y las cargas correspondientes a cadauna de ellas (no menos de 5 determinaciones), tomando los valores promedios se podr calcular elmdulo de elasticidad.Para una viga simplemente apoyada con una carga concentrada en su seccin media es:

Para una viga simplemente apoyada con cargas concentradas actuantes a los tercios de la luz es:3

f 23 * P * l0648 * E * Jx

Las cargas se indican en el cuadrante del registrador de esfuerzos y las flechas mediante unflexmetro fijado a la viga de flexin (perfil doble T).

4 PROBETAS

Las probetas para ensayo de flexin son de seccin circular o rectangular, segn el material aensayar. La luz entre apoyos no debe ser reducida para que los esfuerzos de corte no adquieranvalores importantes que influyan en los resultados, en cambio, cuando esa luz es grande (en seccinrectangular) existe peligro de que la probeta sufra flexin lateral (torsin). Se recomienda tomarcomo lo 12do lo 12hEn cuanto a la forma de obtencin, son:a) Probetas fundidas con la pieza.b) Probetas fundidas separadamente de la pieza.En cuanto al mecanizado:a) Probetas sin mecanizar o en bruto.b) Probetas mecanizadas o trabajadas.En general no deben poseer sopladuras ni rebabas que perturben el ensayo.La norma IRAM 510 (ensayo de flexin para fundiciones de hierro), designa a las probetas conletras:

TIPO do(mm) lo(mm) lt(mm)A 22 1,5 300 375B 30 2,5 450 525C 50 2,5 600 675


8

PROM 0

0 d0


Estos dimetros son valores para probetas en bruto o trabajadas, segn sea la forma de obtencin.Para obtencin de las trabajadas podrn utilizarse piezas cuyo dimetro no exceda de: A-26 mm;B-34 mm; C-56 mm.Los dimetros se medirn tomando dos direcciones ortogonales y calculando el promedio, con unaprecisin de 0,1mm.La carga se aplicar en forma gradual y uniforme, de modo que la rotura se produzca en un tiempode:

A- t 15 seg; B- t 30 seg; C- t 45 seg

5 DETERMINACIONES A REALIZAR EN EL ENSAYO

Conviene especificar:1) Antes del ensayo:a) Norma a consultarb) Accesorios de la mquina de ensayo y escala de cargasc) Materiald) Dimensiones do, lo, lt, y croquis de la misma2) Durante el ensayo:a) En perodo elstico Pi -fi (5 valores), PMX, fMXb) Tipo de fractura con croquis.3) Despus del ensayo:

Como datos complementarios la norma DIN 50110 define: Factor de flexin = EF/ET (1,8 - 2,2)Rigidez de flexin = EF/ fMX (6 - 9)

6 ANLISIS DE LOS VALORES DEDUCIDOS DEL ENSAYO DE FLEXIN

a) Si el ensayo se efecta segn el esquema de viga simplemente apoyada con una cargaconcentrada, el modulo E deducido en (4) no coincide con el calculado en ensayo de traccin;ello se debe a que en la deduccin terica de la ecuacin no se ha tenido en cuenta el efecto delesfuerzo de corte y por ello el valor de E deducido por flexin es un poco menor que el obtenidopor traccin, y esa diferencia depender de la luz entre apoyos y de las dimensiones de la probeta.b) La deduccin de la expresin (3) de y supone que las distintas fibras no sufren accinrecproca entre s, o sea que cada fibra trabaja independientemente, con una tensin proporcional asu distancia al eje neutro, sin influencia de las deformaciones de las fibras adyacentes.


En realidad, el fenmeno es ms complejo: cada fibra sufre una tensin proporcional a su distanciaal eje neutro y por lo tanto, una deformacin, = /E; esta deformacin trae aparejada unacontraccin transversal, q= /, y como la fibra situada inmediatamente debajo de la consideradasufre una tensin menor (porque lo es su distancia al eje neutro) su contraccin transversal tambinser menor, y como est ntimamente ligada a la fibra superior considerada, impedir la libredeformacin de sta. Como deformaciones y tensiones estn relacionadas, la tensin de la fibraconsiderada tambin ser alterada.

En este fenmeno influye la forma de la probeta: en (A) las fibra del nivel 2-2 sufrirn ms queen (B) la influencia de las fibras 1-1 que se encuentran abajo, como se deduce de las formas de lasprobetas. Esta influencia hace que las flechas y resistencias obtenidas por clculo no sean iguales alas experimentales.c) En ensayos de flexin para conocer la tensin mxima de rotura, debe distinguirse entremateriales plsticos y frgiles. En el caso de los plsticos (ejemplo: aceros suaves) en el momentode la rotura las fibras que sufren mayores tensiones, o sea, las ms alejadas del eje neutro, habrnpasado el lmite de proporcionalidad y se encontrarn en la regin del diagrama de las grandesdeformaciones. Por lo tanto, aunque el diagrama de stas sea rectilneo, el de las tensiones toma laforma ya vista; de ah que en la rotura no se verifican las hiptesis que sirvieron de base paraestablecer (1) e = e*Mf/ Jx, y los valores obtenidos por flexin no coinciden con los obtenidos enlos ensayos de traccin.Con materiales frgiles la rotura se produce sin grandes deformaciones y por lo tanto s valen lashiptesis planteadas para deducir (1), hasta alcanzar la rotura.d) Otro fenmeno que puede influir sobre el resultado es el rozamiento de la probeta sobre susapoyos; al deformarse la pieza debe poder deslizar libremente sobre los apoyos, ya que si existerozamiento se introducen fuerzas suplementarias no previstas en el clculo.


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ENSAYO DE CHOQUE

1 GENERALIDADES

Los ensayos estticos y los de fatiga no abarcan todas las situaciones que se presentan en laprctica. A veces es necesario determinar la resistencia de los materiales frente a solicitaciones detipo instantneo, como es el choque que origina una masa al caer desde cierta altura, producindoseun impacto localizado en esa zona restringida del cuerpo contra la cual se produjo el impacto.El objeto del ensayo de choque o impacto es determinar la capacidad del material para absorber ydisipar la energa generada por el choque, buscando conocer qu valor es necesario para romper elmaterial en condiciones definidas.El ensayo de choque no reproduce las condiciones de las cargas de impacto en servicio, sino queconstituye de por s un ensayo que da la resistencia de una probeta, generalmente entallada,fracturada por una carga que acta bruscamente.Es por lo tanto un ensayo diferente de los otros ensayos mecnicos que da un ndice de fragilidadde los materiales, por ejemplo aceros, cuando se sospecha la presencia de elementos fragilizantes,como el fsforo y el azufre. De ah que sirve para aceptar o rechazar materiales iguales de diferenteslotes una vez establecidas las relaciones con el comportamiento confiable en servicio.El problema de choque es importante en el diseo y dimensionamiento de mquinas con partesmviles pesadas que realizan grandes recorridos o a velocidades notables. Ello ocurre en equipos deperforacin por percusin, rieles ferroviarios, rganos de motores, donde slo se podr conocer sucomportamiento frente a esas cargas si se acude a ensayos en escala natural. Estos se realizan muyespordicamente, pero cuando se trata de controlar los materiales para tales elementos se recurre aensayos normalizados, donde se mide la energa de choque hasta la rotura del material y no sehacen determinaciones de deformaciones. Como es un ensayo eminentemente tecnolgico, lasprobetas vienen provistas con ranuras o entalladuras para provocar la rotura en la seccindisminuida, midiendo la energa de rotura ya mencionada.El objeto de las entalladuras obedece al hecho de que a temperaturas normales una probeta de unmetal dctil por ejemplo acero de bajo % de carbono slo se dobla por efecto de una cargainstantnea; en cambio la presencia de la entalladura obliga a su fracturacin. Ello se debe a laconcentracin de tensiones que producen en sus inmediaciones, y esa tendencia a convertir unafractura dctil en una frgil por la presencia de la entalladura se llama sensibilidad a laentalladura y a esos ensayos se los conoce como ensayos de resiliencia.Son necesarias tres condiciones para una fractura frgil:

1) Estado triaxial de tensiones.2) Temperaturas bajas.3) Velocidades elevadas de carga o de deformacin.

Las dos primeras condiciones son las responsables de la mayora de las fracturas frgiles enservicio, y como estos factores se intensifican a velocidades de carga elevadas, es que se usan losensayos de resiliencia para determinar la propensin de los materiales a la fractura frgil.


2 MQUINAS DE ENSAYO

Se usan mquinas llamadas martillospendulares, que constan de una base robusta quecontiene al yunque donde se ubican los apoyos dela probeta. Un bastidor vertical adosado a la base,soporta la masa pendular que gira con un mnimoroce en soportes a bolillas. Al costado del bastidorse halla una escala que mide la energa potencialdel pndulo en cada posicin, y por lo tantotambin la energa gastada en la rotura de laprobeta.El principio de funcionamiento responde alesquema donde un peso G asegurado a unabarra que puede girar libremente sobre un ejeO, puede ser elevado a una altura h1 desde suposicin vertical de reposo, que tambin puede indicarse con 1.Si en esas condiciones se la deja caer, pasar en la primera oscilacin a la posicin opuesta,alcanzando una h1 o un 1; la energa de la primera posicin ser igual a la del final de sucarrera.

E1 = E1 = G. h1 = G. h1

Ahora si en el punto P situado sobre la vertical del desplazamiento del pndulo se coloca unabarra de un material, la masa al chocar producir su rotura y si la energa que posee el pndulo esmayor que la necesaria para lograrla, proseguir su trayecto elevndose hasta una altura h2indicada por el ngulo 2. El trabajo gastado en romper la barra ser la diferencia entre la energainicial y la que posee al final de la carrera:E0 = (E1 -E2); E1= G. h1; E2= G. h2h1 = OP OA; OP = r; OA = r. cos1; h1 = r r. cos1 = r. (1- cos1)

h2 = OP OB; OP = r; OB = r .cos2 ; h2 = r r. cos2 = r. (1- cos2)

E0 = G. r. (1- cos1) G. r. (1- cos2)

E0 = G. r. (cos2 cos1)

3 MTODO DE CHARPY:Es un mtodo para determinar la resistencia a la flexin por choque en probetas entalladas demateriales metlicos, que reciben el impacto en la cara opuesta de la entalladura.La norma IRAM 106, establece que:

1) La temperatura de la probeta deber permanecer en (201)C.2) Las probetas se extraern del material a ensayar, evitando modificaciones en su estructura,

ya sea por calentamiento o por endurecimiento en fro.Sus dimensiones sern:Longitud: (551) mm; ancho = altura = (100,1) mm.


Las entalladuras en la seccin media tendrn las caras bien paralelas, evitando la aparicinde estras u otros defectos. Segn las formas y dimensiones de las entalladuras se tienen:2-a Probetas francesas:

2-b Probetas alemanas:Se emplean en materiales que tienen menos resistencia a la flexin por choque.Las ms comnmente usadas son:Entalladura MesnagerEntalladura IzodEntalladura Tipo UEntalladura Izod modificada

Excepcionalmente se emplean probetas Charpy tipo grande de 160 x 15 x 30, que exigenmquinas de 75 Kgfm.


3) La mquina a emplear tiene un martillo pendular de 20 kgf de peso, que se deja caer desdeuna altura de 1,50 m. Dicho martillo est terminado en una cuchilla cuyo espesor es de 16mm y sus caras forman un ngulo de 30 con un filo redondeado de r = 2 mm.Se vio que la distancia entre apoyos es de 40 mm, los bordes de stos son redondeados con r= 1mm y las paredes tienen una inclinacin de 1:5.Cuando el pndulo est suspendido libremente, el martillo debe tocar levemente con suextremo redondeado a la probeta.La friccin entre sus partes deber ser mnima de manera que para la marcha en vaco, seadmite una diferencia del 1% del valor angular para sus posiciones extremas.La velocidad del martillo en el impacto ser de (5~6) m/seg y el trabajo correspondiente nopodr exceder los 30 kgfm.

Ambos valores se calculan con:

v 2.g.r.1 cos E G.r.(1 cos )

cos2 = 1 para 2 = 0

g: aceleracin de la gravedad (m/seg2)r: distancia eje rotacin al centro de la cuchilla (m).G: peso actuante (kgf), obtenido colocando el pndulo en posicin tal que el plano horizontal que contiene al eje derotacin coincide con el borde del martillo y ste descansa sobre el plato de la balanza

4) El procedimiento prevee colocar la probeta sobre los apoyos, de modo que el centro de laentalladura est en el mismo plano vertical que recorre el centro delgolpear la probeta en la cara opuesta de la entalladura.

martillo, el cual

La probeta deber romperse de un solo golpe de martillo, y el trabajo para su rotura ser: E0= (E1 E2) = G. r. (cos2 cos1).La resistencia a la flexin por choque o resiliencia dinmica est dada por:

K E0S

E0: trabajo de impacto para rotura de la probeta de un solo golpe.S: seccin til de la probeta, medida en el plano de simetra de la entalladura.

4 MTODO DE IZOD:


Es otro mtodo para determinar la resistencia a la flexin por choque en probetas entalladas demateriales metlicos, empotradas, que reciben el impacto en la misma cara de la entalladura. Seacostumbra a operar con:

1) Temperatura de la probeta (201)C2) Las probetas se extraern de la manera ya descripta, y la ms comnmente usada es una

barra prismtica cuadrangular de 130 mm de longitud y seccin de 10 mm de lado, con tresentalladuras, en otras tantas caras, separadas 25 mm entre s, que se ensayan sucesivamentea medida que se va separando cada trozo. Tambin pueden ensayarse probetas cilndricas de11,3 mm de dimetro, de 130 mm de longitud, con entalladuras de 3,3 mm de profundidad,ubicadas en tres planos desfasados 120 entre s, que se ensayan de la misma formamencionada anteriormente (ambas secciones tienen reas equivalentes).En todos los casos a las probetas se las sujeta verticalmente hasta el plano de la entalladura,comportndose como una viga en voladizo que es golpeada a 22mm de dichoempotramiento.

3) La mquina puede ser la ya mencionada, colocndole una masa de 25,250 Kgf. (60 libras)con una altura de cada de 0,610 m (2 pies), cambindole las mordazas para conseguir elempotramiento.El trabajo mximo no podr exceder de15,402 Kgfm., con una velocidad de impacto de(3~4) m/seg.

4) El procedimiento es bastante similar al mencionado, con la salvedad importante de que laresistencia a la flexin por choque o resiliencia dinmica es igual al trabajo o energa deimpacto para rotura de la probeta de un solo golpe:

K = E0

5 RESULTADOS DE LOS ENSAYOS:

Lo mismo que para otros ensayos, conviene especificar:1) Antes del ensayo:

a) Norma a consultar.b) Material.c) Dimensiones de la probeta, con forma de entalladura y croquis de la misma.


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d) Caractersticas de la mquina de ensayo (G r h E1 v).2) Durante el ensayo:

a) Energa de impacto absorbido. (E0).b) Tipo de fractura con croquis de la misma.

3) Despus del ensayo:a) Clculo de la resiliencia dinmica (Si K


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b) Cambio de aspecto de la superficie de fractura, cuando al descender la temperatura elaspecto de la fractura cambia desde la fibrosa de cizalladura a la granular de despegue, atravs de una sucesin de fracturas de tipo mixto; es frecuente considerar como temperaturade transicin aqulla que corresponde a un 50% de fractura fibrosa.

c) Variacin de la ductilidad medida por contraccin en el fondo de la entalladura,definindose como temperatura de transicin a aqulla que corresponde a un 1% decontraccin lateral en el fondo de la entalladura.

De estos tres criterios, el b) da una temperatura de transicin mayor que a) y c).2 De la velocidad de ensayo o impactoEl aumento de la velocidad de ensayo produce unadisminucin de la resiliencia, es decir que influye ensentido contrario a la temperatura. Por ejemplo en acerosdulces.

Velocidad deImpacto v (m/seg)

Trabajo fracturaE0 (Kgfm)

2,7 4,04,9 3,86,1 2,88,8 2,0

3 Del tamao de la probeta o de su seccin transversal:La fractura frgil provoca ms dificultades a medida que aumenta el tamao de la pieza, debido afactores metalrgicos y geomtricos: probetas de diferente tamao, idntica estructura y entallasgeomtricamente semejantes muestran dichoefecto.A cierta temperatura pueden romper con fragilidadcompleta las ms grandes, se mantendrn dctileslas ms pequeas y las intermedias variarn defrgiles a dctiles. La temperatura de transicinms elevada o la menor tensin de fractura de lasprobetas o piezas grandes se debe a dos causas:pueden contener estados de tensiones ms desfavorables por efecto de la concentracin de tensionesy tambin pueden almacenar mayor cantidad de energa elstica, y cuanto ms grande sea la energa


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disponible, se formar ms fcilmente la fisura que se propagar en forma incontrolable hasta larotura.

Por ejemplo en aceros dulcesProbeta Charpy grande: K= (35 - 40) Kgfm/cm2Probeta Charpy pequea: K= (15 20) Kgfm/cm2

4 De la entalladura:4-a) La profundidad influye ms en aceros dctiles donde la resiliencia vara en forma lineal omenor a partir de los 2 mm; en los aceros ms frgiles no tiene influencia.4-b) El ngulo influye tambin, en sentido tal que cuando ste aumenta, lo hace tambin laresiliencia; por ejemplo en aceros dulces para probetas Charpy con entalladura Izod:

ngulo Resiliencia(Kgfm/cm2)

15 6,445 7,160 11,575 18,3

4-c) La agudeza de la base hace que la energa de ruptura disminuya con ella, debido a laconcentracin de tensiones, se adopta como valor normal r = 0,25 mm. Para un acero Cr-Ni enprobeta Charpy con entalladura Izod de 2 mm de profundidad:

1) Sin curva de enlace E0 = 3,0 Kgfm2) Con enlace r = 0,25 mm E0 = 3,5 Kgfm3) Con enlace r = 1,00 mm E0 = 5,6 Kgfm

6 FRACTURA

La fractura es la separacin o fragmentacin de un cuerpo slido en dos o ms partes por efecto detensiones actuantes en l, y esa fractura es el resultado de dos procesos: el de iniciacin de lasfisuras y el de propagacin de las grietas.En un material metlico o cristalino pueden ocurrir dos formas de fractura:

1) Por separacin, despegue o decohesin;2) Por corte, cizallamiento o deslizamiento.

La fractura final puede ocurrir despus de poca o mucha deformacin plstica: cuando hay poca oninguna deformacin plstica, caracterizada por una rpida propagacin de grietas, se dice que lafalla es frgil. Una falla frgil va acompaada de una fractura por separacin y esa superficiepresenta apariencia granular o cristalina; la energa absorbida es pequea ya que se gast muy pocotrabajo en la deformacin plstica.Cuando una gran deformacin plstica se produce antes de la rotura, la falla es dctil; la fracturaque la acompaa es por corte o cizallamiento, la superficie presenta una apariencia fina y sedosay la energa absorbida es bastante alta debido a la gran deformacin.


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ENSAYO DE DUREZA

1 INTRODUCCIN

La dureza de un material es un concepto relativo, ya que es posible afirmar que un material es msduro que otro pero no existe una medida o patrn nico para definir la dureza cuantitativamente, sino es mediante una convencin preestablecida.Por la misma razn resulta obvio que los mtodos y aparatos para determinar la dureza sean tandiversos.Se ha definido en un comienzo la dureza de un material como la propiedad, que ste posee pararayar otro material, sin ser rayado por aqul. De ese modo se puede establecer una escala de dureza,y es Mohs quien ha dado una nmina de diez materiales, numerados de 1 a 10, en que la dureza delos mismos aumenta a medida que se progresa con la numeracin.

1) talco2) sal gema, yeso3) calcita4) fluorita5) apatita6) feldespato7) cuarzo8) topacio9) corindn10) diamante

Esta escala ha sido modificada sobre la base del desarrollo que se produjo en la fabricacin desustancias abrasivas sintticas muy duras. Se han intercalado as, entre el cuarzo y el diamante,nuevos materiales, con lo cual se obtiene la siguiente escala, que constituye la extensin de la escalade Mohs de acuerdo con Ridgway, Ballard y Bailey.

1) talco2) yeso3) calcita4) fluorita5) apatita6) feldespato7) slice puro vtreo8) cuarzo9) topacio10) granate11) carburo de tntalo12) carburo de tungsteno13) carburo de silicio14) carburo de boro15) diamante

Esta escala implica que el mtodo para determinar la dureza consiste en el rayado del material enestudio por alguno de los materiales de la escala.Dentro de los procedimientos actualmente en uso se emplea el diamante, al que se da una formacnica o piramidal en el extremo. Sobre esa punta se hace incidir una carga, por lo general de 20g,bajo la cual se hace deslizar la punta de diamante normalmente a la superficie. Despus de haberproducido unos diez trazos, se mide el ancho de los mismos para luego calcular el ancho promedio.El procedimiento para medir la dureza por rayado se utiliza en casos aislados habindosedesarrollado otros mtodos que se aplican con grandes ventajas en la industria por los beneficiosque reportan tanto desde el punto de vista tcnico como econmico.


La mayor parte de esos mtodos se basan en la resistencia que opone un cuerpo para dejarsedeformar por otro ms duro, que ejerce una presin de tal magnitud que produce una deformacinde caractersticas netamente plstica en el primero. La magnitud de esa deformacin, realizada encondiciones perfectamente normalizadas, da un ndice de la dureza del cuerpo ensayado.Seguidamente se describen algunos de los mtodos en uso para el ensayo de dureza de losmateriales, en los cuales se emplean tcnicas especialmente desarrolladas y equipos diseados paraese fin.

2 DUREZA BRINELL

El mtodo Brinell para determinar la dureza de los materiales metlicos, o de las piezasconfeccionadas con dichos materiales, se basa en la resistencia que opone el cuerpo examinado paradejarse penetrar por otro ms duro llamado penetrador, impelido por una carga determinada. Entodos los casos la forma del penetrador es esfrica.El procedimiento consiste, esencialmente, en apretar gradualmente sobre los materiales metlicosuna bolilla dura, de dimetro D, con la fuerza F, y en medir, despus de suprimida sta, el dimetrod de la impresin.

El nmero de Brinell (H), que expresa la dureza, es la relacin de la carga P, en kilogramos, a lasuperficie del casquete esfrico de la impresin, en milmetros cuadrados.

En la que:

P: carga aplicada a la bolilla en kilogramos D: dimetro de la bolilla en milmetros


d : dimetro de la impresin en milmetros HB: nmero de dureza Brinell en kilogramos por milmetro cuadrado

En general HB est dado en la daN/mm2, por esto la dureza suele indicarse tan slo mediante elvalor numrico.El modo de operar y los requisitos que se deben observar para un ensayo Brinell estn contenidosen la norma IRAM 104.

Ley de semejanza para el ensayo BrinellLa norma IRAM 104 establece lmites para el dimetro de la impresin d en un cierto porcentaje deldimetro de la bolilla del penetrador. Pero esa limitacin nada dice con respecto a una ley desemejanza que permita comparar diversos ensayos Brinell entre s cuando los mismos se efectancon bolillas de distinto dimetro.Esa semejanza queda asegurada si todas las impresiones Brinell se efectan manteniendo constanteel ngulo en todas ellas.

El valor de la constante se ha determinado experimentalmente para cada material.

PenetradoresLos penetradores ms empleados en el ensayo de dureza Brinell son los de 10, 5 y 2,5 mm. Amedida que los metales son ms duros, es necesario recurrir a penetradores de menor dimetro,puesto que stos se pueden confeccionar con una dureza mayor para que no sufran los efectos delaplastamiento. Es as que excepcionalmente se utilizan penetradores de 1,25 mm y 0,625 mm dedimetro.


Determinacin de la dureza BrinellPara determinar la cifra de dureza Brinell se debe disponer de una mquina para aplicar la carga, delpenetrador esfrico correspondiente y de un cronmetro para medir el tiempo de duracin delensayo, de acuerdo con lo proscripto por las normas.Tratndose de las cargas ms elevadas, 3 000 daN y 750 daN, es posible recurrir a cualquiermquina de ensayo de tipo universal, ya que stas poseen el accesorio adecuado para lospenetradores de 5 mm y 10 mm.En general, se recurre a mquinas diseadas especialmente para ese tipo de ensayo, las que no slopermiten operar con toda la gama de penetradores y de cargas, sino que tambin admiten ms de untipo de ensayo de dureza, tales como los de Brinell y Vickers, Brinell y Rockwell, Vickers, Knoop yGrodzinski, etc.

La figura muestra un durmetro que permite realizar el ensayoBrinell. En esa fotografa se distinguen las siguientes partes: (a)plataforma para el ensayo de las probetas, cuya altura puederegularse con el volante que desplaza el tornillo; (b) penetradorintercambiable; (c) selector de la carga; (d) palanca que haceincidir la carga; (e) visor sobre el que se proyecta la impresin,la que se mide con el auxilio del tornillo micromtrico, concuyo movimiento se produce la coincidencia de los trazos conlos bordes de la impresin.En piezas curvas, en que el radio de la probeta no sea menorque 25 mm, el dimetro de la impresin se puede tomar igual alpromedio de los dimetros mximo y mnimo. Para radiosmenores se prepara una superficie plana en el lugar donde hade producirse la impresin.

Indicacin de la dureza BrinellSe calcula la dureza Brinell sobre la base de la carga P aplicadasobre el penetrador, que ha producido una impresin dedimetro d.Si bien para la mayora de los ensayos Brinell el tiempo de

duracin del ensayo es de 30 segundos, hay excepciones a esa disposicin que hacen necesarioconsignar en el informe el tiempo que ha durado la prueba.Por esa razn, para identificar de un modo completo el ensayo efectuado se utiliza el smbolo HB,al que siguen tres nmeros que indican sucesivamente el dimetro de la bolilla del penetrador enmm, la carga en daN y el tiempo de duracin del ensayo en segundos.As, por ejemplo, si un ensayo de dureza Brinell con D = 10 mm, P = 3 000 daN y t = 30 s arroj lacifra 185, el resultado se expresa con:185 HB10/3000/30Determinacin de la dureza Brinell sobre la base de la profundidad de la penetracinSi bien desde el punto de vista terico la cifra de dureza Brinell es la misma tanto si se la determinasobre la base del dimetro d de la impresin o de la profundidad h de la misma, en la prctica secomprueba una disparidad bastante notable entre ambas.Ello se debe al hecho de que durante la penetracin de la bolilla en el metal examinado se produceun reborde o resalte que incide sobre el valor del dimetro d, y que el medidor de profundidad no

21


toma en cuenta porque la profundidad observada h1, determinada generalmente como movimientorelativo entre el soporte del penetrador y la probeta, y la profundidad real h, correspondiente aldimetro d de la impresin, no coinciden. Este efecto de resalte es ms notorio en metales como elcobre, el acero dulce y otros metales blandos; en cambio, en los metales duros, como es el caso delacero al manganeso, el bronce fosforoso, etc., se origina una depresin en el borde de la impresin:

Como consecuencia de lo sealado, el dimetro de la impresin no depende tanto e ese fenmeno,por lo que da una cifra Brinell ms uniforme. Por el contrario, la medicin de h producedispersiones en la cifra de dureza de 7%, siempre que la superficie de apoyo de las probetas seatrabajada; de lo contrario dicha dispersin puede llegar a 9%.La siguiente grfica permite apreciar que la exactitud de una cifra de dureza determinada sobre labase del dimetro de la impresin es mucho mayor que si se lo hace sobre la base de la profundidadde esa impresin. Ello surge de la forma de ambas curvas que relacionan d con HB y h con HB, enque esta ltima es mucho ms achatada que la primera y, por lo tanto, menos exacta en cuanto a laapreciacin de la dureza.

La medicin de la dureza Brinell basada en la profundidad de la penetracin slo se utiliza paraensayos de series de piezas iguales, donde interesa investigar la uniformidad de la calidad ms quela dureza en s.

Relacin entre la dureza Brinell y la resistencia a la traccinDado que el ensayo Brinell est basado en una deformacin netamente plstica del material, se haestablecido experimentalmente una relacin que vincula la dureza as determinada con la resistenciaa la traccin de los aceros. En la mayora de los casos se verifica que para los aceros de bajocarbono:


2323


T 3,5 HB 10/3000/30 (MPa)La cifra as obtenida es solamente informativa y aproximada, ya que no reemplaza al ensayo directode traccin.

3 DUREZA ROCKWELL

De manera similar al ensayo Brinell, el ensayo de dureza Rockwell se basa en la determinacin dela profundidad de la penetracin de un cuerpo de dureza prefijada dentro del material en estudio.Pero aqu se trata de dos tipos de penetradores: esferas de acero para metales blandos y un cono dediamante para metales duros. En ambos casos la penetracin se realiza bajo cargas determinadas ynicas para cada tipo de penetrador.

Los dos ensayos Rockwell ms corrientes son los designados con HRB, dureza Rockwell B, para elcual se emplea como penetrador una bolilla esfrica de 1/16 de dimetro y una carga de 100 daN;en la dureza HRC, dureza Rockwell C, el penetrador es un cono de diamante de 120, con puntaredondeada, al que se aplica una carga de 150 daN.El detalle de todas las posibilidades de dureza Rockwell est dado en el siguiente cuadro, donde seconsignan tambin las cargas y los penetradores para la determinacin de la dureza superficial enpiezas con tratamiento superficial, consistente en un recubrimiento metlico o en un tratamientotrmico.Dureza Rockwell A B C D E F G H Dureza Normal

Tipo Penetrador Carga (daN) MaterialG0 G G1

A

B

C

D

E

cnico

Esfrico(1/16")

cnico

cnico

Esfrico(1/8")

10

10

10

10

10

50

90

140

90

90

60

100

150

100

100

aceros duros de poco espesor y extremadamente duros

aceros de bajo carbono, bronces en general para HRB 20

acero duro, acero templado, acero de aleacin, materialescon HRc > 20

metales blandos, metales antifriccin


2424


F esfrico(1/16")

10 50 60 chapas de metales blandos

G esfrico(1/16")

10 140 150 aceros de bajo % carbono, bronces fosforosos, etc.

H Esfrico(1/8")

10 50 60 materiales blandos

Dureza Rockwell N T W X Y Dureza SuperficialN

T

W

X

Y

cnico

esfrico

esfrico

esfrico

esfrico

3

3

3

3

3

12.27.42

12.27.42

12.27.42

12.27.42

12.27.42

15.30.45

15.30.45

15.30.45

15.30.45

15.30.45 J 1

acero endurecido, carburo de tungsteno u otrasaleaciones duras

materiales relativamente blandos, latones,bronces, aceros blandos, u otros materialessimilares

A continuacin se transcriben algunos lineamientos de la norma IRAM 105 referentes al ensayo dedureza Rockwell.

Mtodo de ensayo de dureza Rockwell para materiales metlicosEl ensayo de dureza Rockwell es un mtodo que permite determinar la dureza de materialesmetlicos, considerada como resistencia a la penetracin, y que consiste en apretar gradualmentesobre ellos, mediante una carga inicial G0, un cuerpo esfrico o cnico llamado penetrador,aumentarla por la adicin de otra carga G1 mayor que G0 y medir, despus de suprimida G1 elincremento de la penetracin inicial.

El ensayo de dureza Rockwell normal es el realizado con alguna de las siguientes escalas: A, B, C,D, E, F, G, H; se emplea para materiales de diversa dureza y el incremento de penetracin e semide en una escala cuya unidad fijada arbitrariamente es 0,002 mm.El ensayo de dureza Rockwell superficial es el realizado con alguna de las siguientes escalas: N, T,W, X, e Y; se emplea otro acero carburizado, alambres y chapas de pequeo espesor, calibres deprecisin, aceros cianurados, etc., y el incremento de penetracin e se mide en una escala cuyaunidad fijada arbitrariamente es 0,001 mm.


2525


La carga inicial es la carga que tiene por objeto asegurar, una perfecta sujecin de la pieza que seensaya y un buen contacto del penetrador. Mientras que la carga adicional es la carga que permiteobtener el incremento de penetracin y, por lo tanto, la dureza de la pieza que se ensaya una vez quese ha suprimido aquella. Finalmente, la carga total es la suma de la carga inicial y adicional.El nmero de dureza Rockwell (HR) es el nmero que expresa la dureza Rockwell y cuyo valor es:HR = C eSiendo:

C: el nmero cien o ciento treinta, segn el tipo de penetrador usado, sea cnico o esfricorespectivamente.

e: el incremento de la penetracin inicial, medido en una escala cuya unidad fijadaarbitrariamente es 0,002 mm para la dureza Rockwell normal y 0,001 mm para la durezaRockwell superficial.

El penetrador es la pieza que ejerce la presin sobre los materiales metlicos. Puede ser de dostipos:

Penetrador cnico normal: Es un cono con punta de diamante, de ngulo de cono deldiamante de 120 0,1; y radio del casquete esfrico, en la punta del diamante de 0,2 mm 0,005 mm.

Penetrador esfrico: Es una bolilla dura de acero de 1,5875 mm (1/16") de dimetro. Para ladeterminacin de la dureza Rockwell y dureza Rockwell superficial de metales blandos, sepueden usar bolillas de dimetro (1/8"), 6,350 mm (1/4") y 12,700 mm (1/2").

Procedimiento a seguir para realizar el ensayo1. Se elige el penetrador a emplear en el ensayo, el que se coloca en el aparato para determinar

la dureza Rockwell.2. Se ubica la probeta sobre el soporte inferior del aparato, maniobrando con el volante hasta

poner en contacto la superficie de la probeta con el penetrador.3. Se contina luego girando suavemente, hasta poner en coincidencia la aguja chica del dial

con el punto rojo de la izquierda u otro ndice. En esa forma queda aplicada sobre la probetauna carga inicial: G0 = 10 daN.

4. Se gira el marco exterior del dial hasta hacer coincidir el origen con la aguja grande.5. Se gira la manivela hacia atrs, con lo que queda liberada y aplicada la carga suplementaria:

G1 = 90 daN si se utiliza el penetrador de acero de 1/16" (Rockwell "B"); G1 = 140 daN si seemplea el penetrador cnico de diamante (Rockwell "C")

6. Se observa la aguja grande hasta el instante en que se detiene. En ese momento se gira lamanivela nuevamente a su posicin inicial, con lo que queda suprimida la carga adicionalG1.

7. Se lee el nmero de dureza Rockwell sobre el dial de la escala correspondiente, ya sea "B" o"C". La cifra est dada por la diferencia de penetracin producida por la carga inicial G0 y lacarga mxima G0 + G1, una vez suprimida G1 tal como se indica en el esquema del ensayo.Este valor se llama e.


Frmulas para el clculoEl dial est dividido en 100 partes, para una penetracin total de 0,2 mm. Por lo tanto, cada unidadde la escala es igual a 0,002 mm.A mayor penetracin corresponde sobre el dial una lectura menor.Las expresiones de dureza que se leen directamente en el dial son:Dureza Rockwell

HRA = 100 eHRB = 130 eHRC = 100 eHRD = 100 eHRE = 130 eHRF = 130 eHRG = 100 e

Dureza Rockwell Superficial

HRN = 100 eHRT = 130 eHRW = 130 eHRX = 130 eHRY = 130 e

El nmero obtenido se antepone al smbolo correspondiente. Si, por ejemplo, el nmero de durezaRockwell HRC obtenido es 44, la designacin se har como sigue: 44 HRC.Mquina para el ensayo Rockwell


2727


El esquema de la siguiente figura indica los elementos bsicos que integran una mquina manualpara el ensayo de dureza Rockwell. Se distinguensucesivamente: a) base; b) volante para subir el plato; c)de apoyo de la probeta; d) probeta; e) penetrador; f)manivela para aplicar la carga; g) dial que indicadirectamente la cifra de dureza; h) aguja que marca lacarga inicial; i) aguja que indica la dureza.Las mquinas para el ensayo de dureza Rockwell sefabrican generalmente para ese tipo de ensayo, puesexigen cargas muy distintas de las que se emplean para losensayos Brinell y Vickers.Adems, el procedimiento de ensayo es diferente de losotros, por cuanto exige la aplicacin de una carga inicialGo = 10 daN en el caso de la dureza Rockwell normal yde 3 daN en el de la dureza superficial, lo cual no sucedecon los otros mtodos de ensayo. Eso implica disponer deun dial indicador especial para tener en cuenta esa carga.

4 DUREZA VICKERS

La determinacin de la dureza por el mtodo Vickers se efecta con un penetrador cuya forma es lade una pirmide cuadrangular, con un ngulo en el vrtice 136 30' (Norma IRAM 106).Los valores de la dureza Vickers coinciden prcticamente con los de la dureza Brinell hasta la cifrade 350, lo cual se debe al ngulo de 136 de la pirmide del penetrador Vickers, cuyas aristas sontangentes al penetrador esfrico Brinell considerando un dimetro de la penetracin d = 0,375 D,que es el valor medio de d = 0,25 D y d = 0,50D.Para valores mayores de 350 HB 30, las cifras Vickers son inferiores a las Brinell.Al igual que en el mtodo Brinell, la cifra de dureza Vickers, HV, se obtiene como cociente entre lacarga aplicada P y la superficie S de la impresin que deja el penetrador, constituido por una puntade diamante.


2828


La carga P se mide en daN (kgf) y la diagonal d en mm. Si la diagonal se da en m, el coeficientemultiplicativo de P debe tomarse igual a 1 854,4.Las dos diagonales d1 y d2 de la impresin piramidal producidas por la carga P se miden con unmicroscopio. Para la frmula de HV se toma el promedio (d1 + d2)/2 = d.Si en lugar de medir la diagonal de la impresin se determina la profundidad h de la misma, la

dureza se calcula con la expresin:

Como en el caso de la dureza Brinell, cuanto mayor es la carga aplicada tanto ms exacta resida lacifra de dureza determinada sobre la base de la diagonal d.Para cargas P menores de 5 daN, la ley de similitud es ms complicada. En ese caso se requierenmquinas especiales para aplicar pequeas cargas y dispositivos de lectura muy precisos para medirla diagonal d de la impresin.En consecuencia, se recurre a los microdurmetros. Aun en el caso de la dureza Vickers normal, esposible realizar en una misma seccin de una barra de acero una serie numerosa de impresionescomo para determinar la variacin de la dureza a lo largo de ciertas direcciones.Al indicar la dureza Vickers de un material debe especificarse el valor de la carga y el tiempo deaplicacin, si ste fuera distinto de 15 segundos.As, por ejemplo, la dureza Vickers de una probeta a la que se aplic una carga de 30 daN durante15 segundos se indica como HV 30. Si el tiempo de aplicacin fuera de 20 segundos la indicacines HV 30/20.El valor de la carga, segn las caractersticas del material a ensayar, puede oscilar entre lmites quevaran entre 0,01 daN a 120 daN. Los valores ms corrientes en la prctica estn comprendidosentre 5 daN y 100 daN.

5 KNOOP Y GRODZINSKY

La determinacin de la dureza Vickers en metales muy duros queda afectada de un error cada vezmayor a medida que la carga empleada es menor que 5 daN. Ello se debe a que la dimensin de ladiagonal se hace tan pequea que el error con que resulta afectada su determinacin tiene cada vezmayor preponderancia.Ese defecto se ha eliminado en gran parte mediante el penetrador Knoop formado por un diamantepiramidal tallado con los ngulos indicados en la siguiente que se detalla a continuacin. Unaimpresin realizada con ese penetrador produce una forma rombodrica, en que las diagonales l y aguardan entre s una relacin l/a = 7,1.


El nmero de dureza Knoop se obtiene dividiendo la carga aplicada P sobre la superficie delromboide de la impresin, sin que se haya producido todava la recuperacin elstica del material.Ello se consigue expresando dicha superficie en funcin de la diagonal mayor de la impresin, laque resulta muy poco afectada por dicha recuperacin.siendo

La diagonal l puede tener valores comprendidos entre 5 y 1000 m, y esaproximadamente tres veces mayor que la que produce el ensayoVickers con la misma carga. De ese modo se obtiene una exactitudmayor en la medicin de la dureza de superficies muy duras.El mismo objetivo se consigue con el penetrador Grodzinski, cuya formase obtiene por la interseccin de dos conos iguales (Fig. 7.42), con locual se logra una superficie alargada despus de quitar la carga.

6 MICRODUREZA

Al tratar el mtodo de dureza Rockwell se mencion su aplicacin para determinar la durezasuperficial. Para ello se emplean cargas de 15, 30 y 45 daN.La microdureza se aplica bsicamente en aquellos casos en que se quiere determinar la dureza encapas metlicas muy delgadas (casi siempre originadas por algn tratamiento trmico), o biencuando se trata de espesores metlicos muy delgados, tales como filos de herramientas, agujas, etc.,o recubrimientos ejecutados por electrodeposicin.Con ese objeto se recurre a los penetradores Vickers y, sobre todo, a los de Knoop y Grodzinski,con cargas que oscilan entre 0,10 N y 30 N. La lectura de la impresin se realiza siempre medianteel sistema de ampliacin ptica de que estn provistos los aparatos.La carga que se aplica en el ensayo de microdureza depende del espesor de la pieza y de su dureza.As, por ejemplo, con una carga de 0,30 N la profundidad de la impresin es de aproximadamente 3 m; con cargas menores es posible examinar un recubrimiento metlico cuyo espesor es de 1 m.De tal modo se puede efectuar la medicin de la dureza en los cristales metlicos, los que se ubicanen el campo de observacin con la intervencin del ocular del aparato.Para una carga dada, el penetrador Knoop produce una impresin cuya diagonal mayor es alrededorde tres veces la de la pirmide Vickers. La profundidad de la impresin es un tercio menor.


En la siguiente figura se da un ejemplo de medicin de una impresin Vickers producida por unacarga P. Una vez orientada la impresin en el campo del retculo, se hace coincidir uno de losvrtices de la impresin con una de las divisiones micromtricas y se anota la lectura 0,0 m deacuerdo con la figura de la izquierda. Se gira el tornillo micromtrico hasta hacer coincidir el otroextremo de la misma diagonal con una divisin de la escala. La escala micromtrica indica ahora lacifra 12,5 m (figura de la derecha). La longitud de la diagonal est dada por la diferencia entreambas lecturas ms la cantidad de divisiones abarcadas por la impresin durante el transcurso de laslecturas efectuadas, o sea12,5 m 0,0 m + 75 m = 87 mAplicando la frmula HV = 1,8544 P / d2 se halla la dureza Vickers, la que tambin se puedeobtener directamente de la tabla de durezas correspondiente.La dureza Knoop se determina con la frmula HK = 14230 P / l2.

7 DUREZA DE LOS MATERIALES PLSTICOS

Los mtodos de dureza de los materiales plsticos utilizan los mismos principios que los descritoshasta aqu.En el siguiente cuadro se dan los lineamientos para efectuar esos ensayos en diversos materiales deacuerdo con las normas pertinentes.

Norma deensayo

Material Carga previa Carga de ensayo Cuerpo penetrador

Din 53456

VDE 0302

Materiales plsticosblandosMateriales aislantes

1 daN

0,3 daN

5/13,5/36,5/98 daN

50 daN

Punzn de bolilla, debola 5 mm.Punzn de bolilla, debola 5 mm.

DIN 51955 Recubrimientos parapavimentos

0,3 daN 50 daN Punzn de compresincilndrico, 11,3 mm

ASTMF 36-61T

Materiales para juntas 1,0/5,0 lbs 245/99/79/49 lbs Punzn de rompi sincilindrico.0,252/0,504/1.129"

DIN 1168 Estuco y yeso para laconstruccin

1 daN 20 daN Punzn do huilln, de bola, 10 mm.

Para los elastmeros (goma, ltex o similares) se recurre a la dureza segn Shore, para lo cual seutilizan los siguientes penetradores: 1. durezas Shore B y C: penetrador en forma de tronco de cono,ensayo que se realiza de acuerdo a las normas DIN 53505, ASTM-D 2240, BS 903; 2. dureza Shore


D: penetrador cnico con ngulo de 30 1/4 (igual que en el caso anterior, con una superficie decon tacto igual a 1 cm2). Normas aplicables: DIN 53505 y ASTM - D 2240.

8 DUREZA DE LAS MADERAS

Si bien la dureza de la madera se puede determinar mediante el ensayo de Brinell, empleando labolilla de 10 mm y una carga entre 100 y 500 daN (segn sea la dureza de la madera), la que seaplica en 15 segundos y se mantiene durante 30 segundos, el ensayo frecuentemente empleado es elde Janka.De acuerdo con ese mtodo de dureza se utiliza un penetrador esfrico de 11,28 mm de dimetro, osea una seccin F = 1,0 cm2, que se introduce en la muestra de madera a una profundidad igual alradio. La cifra de dureza Janka es igual a la de la carga para producir esa penetracin, puesto que sedefine como la relacin entre laprecisamente, a 1,0 cm2.

carga y la seccin diametral de la impresin, que es igual,

El ensayo se realiza sobre una probeta especialmente preparada (norma ASTM D-143) de 5,1 cm x5,1 cm x 15,2 cm. Esta se coloca sobre el plato de apoyo de una mquina de ensayo, en cuyocabezal superior se ha introducido el dispositivo con el durmetro, que posee un aditamento queslo permite que ste penetre hasta una profundidad igual a 5,64 mm.

En general, se practican dos penetraciones sobre una superficie tangencial, dos sobre la superficieradial y una en cada extremo, cuidando de hacerlo lejos de los bordes.Se obtienen de ese modo tres cifras de dureza que varan entre s de acuerdo con la especie de lamadera. Esa diferencia se hace tanto menor cuanto mayor es el peso especfico de la madera, encuyo caso aumenta tambin la cifra de dureza.La norma IRAM 9558 establece un mtodo de ensayo para determinar la dureza de las maderas, queest basado en la norma AFNOR B 51 - 013.El instrumental necesario para dicho ensayo consta de:a) una cuchilla recta de acero con borde cilindrico, de 15 mm de radio y de una longitud-mayor quela dimensin transversal de la probeta;b) una mquina para la aplicacin de las cargas hasta 200 daN, con lecturas al 1.%;


c) un penetrmetro para la medicin de las profundidades de las improntas con lecturas al 0,01 mm.

En el instante del ensayo la humedad de la madera debe ser de 15 % 3 %. La determinacin de lahumedad se efecta de acuerdo con la norma IRAM 9532.El ensayo se realiza siguiendo el procedimiento que se detalla a continuacin.Se mide el ancho de la cara a ensayar en su zona media. Luego se coloca la probeta sobre el plato dela mquina y se apoya la cuchilla de modo que el eje del borde cilndrico quede horizontal yperpendicular en la mitad del eje longitudinal de la probeta.Se aplica a la cuchilla una carga progresiva creciente hasta obtener un valor de 5 daN, y se lee lvalor de la profundidad de la impronta en el penetrmetro.Se aumenta progresivamente la carga aplicada durante 3 minutos hasta obtener un valor de 100 daNpor centmetro de ancho de la probeta, mantenindose esa carga durante 5 segundos. Para el caso demaderas muy blandas, la carga mxima aplicada debe ser de 50 daN por centmetro de ancho de laprobeta.Se disminuye progresivamente la carga y cuando llega a 5 daN se lee nuevamente el valor de laprofundidad de la impronta en el penetrmetro.La profundidad (t) de la impronta es la diferencia entre los valores obtenidos en las lecturasefectuadas segn lo descrito. Para el caso de maderas muy blandas (carga de 50 daN), dichadiferencia debe multiplicarse por dos para expresar los resultados.Clculos:

La dureza de la probeta se determina mediante la frmula siguiente:siendo:D la dureza de la probeta;t la profundidad de la impronta, determinada en milmetros.Informe:Se debe indicar el nmero y el valor medio de las probetas ensayadas, as como tambin el menor yel mayor valor hallado.


3333


ENSAYO DE FATIGA

1 GENERALIDADES

Algunos rganos de mquinas y elementos de estructuras estn sometidos durante su servicio acargas de intensidad variable que generan en los materiales tensiones tambin variables. Tal es elcaso de piezas de motores - bielas, resortes de vlvulas, ejes de automotores y de cochesferroviarios; como ejemplo, durante su vida til, el nmero de variaciones de carga puede ser:

Piezas Nmero de ciclosCordones de puente ferrocarrilEjes de locomotorasEjes de automvilesCigeales de motores aviacinCigeales de motores automvilEjes de turbinas de vapor

2 x 106 (en 50 aos)1100 x 10650 x 10618 x 106 (en 200 hs de vuelo)120 x 10615000 x 106 (en 10 aos)

Un metal sometido a este tipo de tensiones, fallar a un valor de stas mucho ms bajo que elnecesario para producir la fractura en una sola aplicacin de la carga, incluso ms bajo que su lmiteelstico.Estas roturas se producen repentinamente, sin que previamente aparezcan deformaciones, quepermitan precaverse contra ella.Son necesarias tres condiciones bsicas para que se produzca una rotura por fatiga:

a) Una tensin mxima.b) Una variacin bastante amplia de la tensin aplicada.c) Un nmero suficiente de ciclos.

Influyen adems otro grupo de efectos como ser: concentracin de tensiones, corrosin,temperatura, tensiones residuales, estructura metalogrfica, todos los cuales tienden a modificar lascondiciones necesarias para la fatiga.Se desconoce la causa fundamental de la fatiga por lo que es conveniente analizar los efectos deestos factores.

2 MECANISMO DE LA FATIGA

El hecho instintivo de la rotura de una varilla de alambre por sucesivos doblados y enderezados nosda una idea del fenmeno de la fatiga, el que plantea la incgnita de porqu una serie de esfuerzos,menores individualmente que el necesario para producir la rotura, conducen a ella cuando se repitenun cierto nmero de veces.La explicacin est dada porque la rotura del material se produce por variacin de los esfuerzos detraccin y compresin, que se producen en la zona mencionada y los que al repetirse en cadadoblado, someten a los cristales del metal a continuos deslizamientos que no influirn mientras nosobrepasen los valores de proporcionalidad, ya que volvern a su posicin primitiva al cesar lacarga que los origina. Si aumentan los esfuerzos hasta provocar deslizamientos tpicos del periodoplstico en las fibras extremas se generan mayores deformaciones, que al repetirsesistemticamente, van destruyendo progresivamente las redes cristalinas del metal, hasta que elnmero de cristales no afectados sea insuficiente y as sobrevenga la rotura.En otros trminos puede decirse que, en el material sometido a una variacin de tensiones, ladistribucin del esfuerzo difiere de un cristal a otro, permitiendo suponer que las partculas


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constituyentes tienden a moverse lentamente, unas con respecto a otras, hasta que un cristal sedebilite tanto, que rompe y queda dislocado. En esa pequea fisura se concentran las tensiones y alrepetirse los ciclos, se extienden y la seccin debilitada no puede resistir el esfuerzo.El desplazamiento de los cristales se debe a que los metales aleaciones estn constituidos por unaagregacin de los mismos orientados al azar dentro de sus masas y al ser tensionados hace quealgunos de ellos lleguen al lmite elstico ms pronto, debido a orientaciones desfavorables (planosde deslizamiento). Si se supera ese valor, llamado lmite de deslizamiento, sucede repentinamentela rotura por fatiga.

3 ASPECTO DE LA FRACTURA POR FATIGA

La superficie de fractura suele ser normal al eje de la tensin de traccin principal y presenta dosregiones caractersticas:a) Una zona de superficie lisa, mate, de grano fino, debido al frotamiento que ocurre cuando sepropaga la grieta a travs de la seccin, que equivale a un ligero pulimento del material.b) Una regin rugosa, de grano grueso, brillante cuando la pieza ha roto frgilmente, por haberdisminuido la seccin sana y no poder soportar la carga. La falla muchas veces se inicia en un puntode concentracin de tensiones (una esquina aguda, una entalladura una inclusin) y parecepropagarse desde dicho punto como una serie de marcas anulares, similar a un frente de olas haciael interior de una playa.

4 CLASIFICACIN DE LOS ESFUERZOS DE FATIGA

La solicitacin de fatiga puede ocurrir con esfuerzos normales - traccin, compresin, de flexin ode torsin.La tensin de traccin se considera positiva y a la de compresin negativa.Los distintos tipos de solicitaciones pueden esquematizase as:


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Se define:a) La tensin media: como la semisuma de los valores lmites

m = (mx. + mn.) / 2= (1+2)/2b) La amplitud: como la diferencia entre dichos valores

A = (mx. - mn.) = (1-2)c) La semiamplitud: como la semidiferencia de dichos valores

a = (mx. - mn.)/2 = (1-2)/2d) La relacin de tensiones: como el cociente entre ambos valores; es otra forma de

representar los datos de fatiga

R = mx. / mn.= 1 / 2Segn la variacin de dichos esfuerzos (1;2) pueden clasificarse en diversos grupos, cuyarepresentacin en el tiempo se hace mediante diagramas de apariencia sinusoidal.


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La figura indica ciclos de tensin irregulares, como ser el que afecta a parte de un ala de avinsometida a sobrecargas peridicas imprevisibles debidas a las rachas de viento.

De los diagramas vistos cualquiera sea el ciclo representativo del esfuerzo explicado, este puede serconsiderado como la suma algebraica de uno constante m y otro alternado puro simtrico a,que llamamos Tensin Dinmica:

5 CURVA DE WHLER

d = m a

Se deben a August Wohler las primeras experiencias sistemticas sobre los fenmenos de fatiga(1852-1870) realizados en hierros forjados y aceros, y sus ensayos con algunas modificaciones sonlos que an se emplean en los laboratorios.Si bien Whler realiz ensayos en rieles de ferrocarril, emple preferentemente probetas de seccincircular con un extremo ensanchado, por el cual se la sujetaba en las mordazas de la mquina deensayo que le imprima un movimiento de rotacin; un determinado peso colocado en el otroextremo del material (carga en voladizo) haca que se generara un esfuerzo de flexin que seinverta cada 180 por el giro de la probeta. Se obtenan as esfuerzos alternados de traccin-compresin con una variacin cclica senoidal simtrica (m = 0).Esta probeta solicitada en voladizo, presenta varios inconvenientes que influyen en formaconsiderable en los resultados, siendo uno de ellos el del esfuerzo de corte que tiene lugar en elmaterial, y otro, de mucha importancia, el de la superficie de continuidad entre el cuerpo de laprobeta propiamente dicho y el vstago ensanchado que se coloca en las mordazas, pues es en estazona donde tienen lugar las mximas tensiones. Comprobaciones prcticas han demostrado que laresistencia de fatiga aumenta con el radio de la superficie de unin.

Estos inconvenientes se han eliminado adoptando probetas con radios de curvatura adecuados yconfiguraciones de ensayo que permitan aplicar solicitaciones axiales (traccin-compresin) oflexin pura en toda la zona calibrada del material.

La Curva de Wholer representa la duracin de la probeta, en nmero de ciclos N, hasta surotura, para la tensin aplicada.

La figura muestra curvas de Wohler tpicas de este ensayo, donde se aprecia que el nmero deciclos N aumenta al disminuir la tensin, siendo N el nmero de ciclos de tensin necesarios paraproducir la fractura completa de la probeta. La tensin mxima a la que se consigue que unaprobeta no rompa despus de un nmero infinito de ciclos se toma como lmite de fatiga.Para obtener una mejor definicin de estas curvas se toman en abcisas Log. N y as para losaceros la curva presenta dos ramas rectas bien delimitadas, la primera de las cuales permite ubicar


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el lmite de fatiga por ser sensiblemente paralela al eje horizontal, a partir de un N de 106 5 x106. Por debajo de ese lmite se presume que el material soportar un nmero infinitos de ciclos sinromperse.

La mayor parte de los metales o aleaciones no ferrosas tienen una curva continuamentedescendente, al aumentar el N, aproximndose a una horizontal pero sin llegar a serlo nunca; esdecir, no tienen un verdadero lmite de fatiga y en esos casos se identifican las propiedades delmaterial para un nmero de ciclos N convenido, generalmente 108 5 x 108.Para determinar la curva de Whler se necesitan de 8 a 12 probetas del mismo material, de igualesdimensiones y maquinado, ensayando la primera a una tensin elevada (Ej.: 66%ET) la cual seespera rompa despus de un nmero pequeos de ciclos; se va disminuyendo la tensin hasta queuna o dos no rompan para el nmero especificado de ciclos, que suele ser 106 5 x 106 por lomenos. Cada probeta determinar un par de valores d N es decir un punto del diagrama; seencontrar una dispersin en los valores, pero casi siempre se podr trazar la curva de Whler,que divide al plano del diagrama en dos zonas: la superior, en que se produce la rotura de laprobetas, y la inferior, donde las probetas aguantan los respectivos N para cada d, sin romper.

6 MQUINA DE ENSAYO. PROBETAS

Las mquinas se clasifican segn el tipo de esfuerzo a que quede sometida la probeta, por ejemploesfuerzos axiales, de flexin, de torsin o combinados. Tambin se diferencian en que algunasproducen esfuerzos alternados y otras pueden variar el esfuerzo de traccin en forma pulsatoria ointermitente. Entre estas mquinas la ms comn y la ms convenientemente utilizada es la deflexiones rotativas donde m = 0, cuyo primer modelo fue diseado por Whler en 1870.La probeta de forma cilndrica es amarrada por un extremo a la mordaza de la mquina, mientrasque en el extremo opuesto se la somete a un esfuerzo P, ya sea por medio de un resorte o a lacarga de platillos de peso conocido (pesas).La probeta trabaja como una viga en voladizo, y la mordaza por medio de un motor elctrico,adquiere una rotacin que transmite a la probeta, mientras la carga acta siempre en la mismadireccin y sentido. Cada vez que la probeta gira 180 las tensiones cambian de signo, pasando deun valor de traccin a igual valor de compresin, o sea solicitaciones alternativas simtricas. Uncontador de vueltas permite determinar el nmero de ciclos y las cargas pueden variarse con latensin del resorte o las pesas aplicadas.Las mquinas ms modernas tienen la ventaja de producir flexin pura en una determinada longitudde la probeta, sta se encuentra tomada por las mordazas, que se unen al motor y al contador deciclos, el cual se detiene al producirse la rotura de la probeta.


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Las probetas utilizadas por los distintos experimentadores son diversas desde el punto de vista delas formas (cilndricas, cnicas, tricas) y de sus dimensiones. Esa gama de modelos hacedifcilmente comparables los resultados obtenidos ya que cada diseador pretende destacar ciertoshechos en esa prueba que involucra variables tan complejas.

Las ms comnmente usadas son la de Moore que se emplea en mquinas americanas y la deSchenck, utilizada en Europa en mquinas del mismo constructor.

7 DIAGRAMAS Y VALORES DE FATIGA PARA DISTINTOS MATERIALES

En la figura se indican para diferentes materiales las curvas de Whler, obtenidas segn elprocedimiento ya visto.


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Conocer las curvas de Whler no muestra con exactitud las propiedades mecnicas del material, yaque los resultados dependen del valor de la carga, del tipo de mquina y probeta utilizada, pero encambio indica las horas de vida que tendr el material al cargarlo con esfuerzos mayores que laresistencia a la fatiga (tensin lmite de fatiga).Es un ensayo de gran valor prctico para conocer la calidad estructural del material, pues cualquier

pequeo defecto impureza del material, que no modificaran su resistencia esttica conduciran ala rotura por fatiga: es el ensayo que ms afecta a sus elementos constituyentes .La resistencia a la fatiga no guarda una relacin directa con la resistencia esttica a la traccin,aunque generalmente aumenta con sta: aproximadamente, para aceros es (35% - 60%), un 40%para fundiciones y de (25% - 30%) para los no ferrosos.Para dar una idea de la calidad del material se define una relacin importante:

d/ET: Mayor parte de los aceros es 0,50. Aceros dulces o suaves es 0,60. Aceros alto contenido de C (1%) es 0,35 Aceros aleados ET > 120 kgf/mm2 es 0.40

8 VARIACIN DEL N DE CICLOS Y RESISTENCIA A LA FATIGA EN FUNCIN DE LAAMPLITUD.

Entre las conclusiones ms importantes a que lleg Whler es que la rotura por fatiga quedadeterminada por la amplitud de tensiones A, a la que llamo resistencia de servicio y no por latensin mxima. Para unas 1 y 2 dadas el nmero de ciclos aumenta al disminuir A hasta unvalor de sta en que al material no rompe, llamada amplitud lmite

.

Para acero dulce (ET = 37 Kgf/mm2) en probetas de similares condiciones, se tiene:

1 (Kg f/mm2) 2 (Kg f/mm2) A (Kg f/mm2) N x 106+22, 5 -22, 5 45 1(rompi)+22, 5 -19, 5 42 3, 8(rompi)+19, 5 -19, 5 39 7, 2(no rompi)

En los dos primeros casos an manteniendo la tensin mxima se ve que N depende de A y porcomparacin con el tercer ensayo, se aprecia que N puede alcanzar varios millones, inclusive a laamplitud lmite, para valores poco inferiores de las tensiones.

9 EFECTOS QUE VARAN LA RESISTENCIA DE FATIGA

9-a Del tratamiento trmicoSe ha comprobado que aceros aleados y con alto % de carbono mejoran su resistencia a tensionesrepetidas hasta en un 200%, al ser tratados trmicamente. El tratamiento a dar a los materiales paramejorar esa resistencia, depender del uso: as para los que trabajan a flexin o torsin rotativas selos endurecer superficialmente (cementacin, nitruracin, etc.), ya que es el exterior quien soportael mayor esfuerzo, afectar a toda la seccin (temple, revenido, etc) cuando los esfuerzos seanaxiales.


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9-b Del acabado superficial1) Rugosidad:El grado de terminacin o acabado superficial tiene importancia en fatiga, siendo as que las quepresentan superficies pulidas al mximo tienen ms vida que las de pulido corriente y stas a su vezms resistencia que las simplemente torneadas.Ello ocurre porque con el torneado se arranca la viruta, que afecta la superficie hasta ciertaprofundidad y por lo tanto a la red cristalina del metal, hecho que tambin prueba el desarrollo yextensin de las fisuras a partir de las rayaduras superficiales.Esa disminucin de la resistencia a la fatiga se puede eliminar por un pulido adecuado, el que a suvez produce el mismo efecto pero con menor intensidad.Las rayaduras transversales (directrices) son ms perjudiciales que las longitudinales(generatrices), ya que stas estn orientadas segn la direccin de la tensin principal de traccin.Las marcas en fri (letras y cifras) y las huellas de dureza, particularmente Rockwell C y Vickers,constituyen orgenes de rotura por fatiga, y su emplazamiento deber elegirse cuidadosamente, enzonas de las piezas que trabajen al mnimo (ej.: extremos)2) Cambios en las propiedades superficiales:Una capa descarburada en la superficie de una pieza disminuye su resistencia a la fatiga. Lasoperaciones de decapado con ataque de cidos, chorros de arena y/o granalla pueden mejorar dichapropiedad, siempre que se empleen los inhibidores necesarios en un caso y se empleen granos y/operdigones de formas adecuadas (redondos en lo posible). El chorro de granallado da mejoresresultados porque anula las grietas microscpicas y martilla la superficie, endurecindola.Tambin se pueden mejorar las propiedades de fatiga por cementacin, nitruracin, templesuperficial a la llama o por induccin.El arenado es difcil realizarlo sin perjudicar la resistencia a la fatiga, ya que durante elrecubrimiento ocurren grandes variaciones en las tensiones residuales que pueden originarmicrofisuras.

9-c) De las entalladurasLas entallas de las piezas reducen notablemente la resistencia a la fatiga de los aceros entre 50% y75% de su valor original.Los ms sensibles son los aceros templados de alta resistencia; en cambio las fundiciones y losaceros inoxidables son menos afectados.La zona de unin de grandes secciones con otras partes de menor dimetro deben hacerse suaves ybien pulimentadas, evitando las aristas vivas que faciliten la fatiga.El siguiente ejemplo corresponde a un acero Cromo-Nquel, donde se aprecia la variacin de laresistencia a la fatiga por cambios de seccin de distintos radios de curvatura y luego con distintasentalladuras de unin.


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Las roscas de perfil triangular con fondo agudo influyen ms que las de igual perfil y fondoredondeado, y stas a su vez ms que las de perfil semicircular, con % variables entre un 30% y20% de reduccin.Las ranuras longitudinales (chaveteros), disminuyen el lmite de fatiga de los rboles entre 25% y60%, conviene redondear el fondo de la ranura y usar chavetas de cobre, acero extradulce, etc.9-d) De la corrosinSe a comprobado experimentalmente que la disminucin de resistencia a la fatiga por corrosinanterior al ensayo es dbil, mientras que la ejercida durante el ensayo es muy importante.1) Corrosin previa:Su efecto es comparable al estado de la superficie y a los accidentes de la misma (taladros, entallas),al crear la corrosin rugosidades, picaduras y grietas.Se pueden distinguir tres casos:a) La corrosin se traduce en un ataque uniforme en toda la superficie (generalizada), con frecuenteformacin de una pelcula protectora. La influencia sobre la fatiga es pequea.b) La corrosin se manifiesta como ataque profundo en ciertos puntos (localizada), el resto de lasuperficie est poco alterado, su influencia sobre la fatiga y otras propiedades mecnicas essensible.c) La corrosin es intercristalina, su influencia sobre la fatiga es muy importante, sobre todo en losmetales, donde la fisuracin por fatiga es tambin intercristalina.En todos los casos que existe corrosin, la influencia de sta se asemeja a la concentracin detensiones alrededor de las picaduras, es decir analoga completa con la influencia de las entallas.2) Fatiga y corrosin simultneas:Cuando el ataque corrosivo y las cargas de fatiga actan simultneamente, se acelera la propagacinde grietas por el ataque qumico y la disminucin de las propiedades de fatiga es mayor que laoriginada por corrosin previa de la superficie. La explicacin de ello estara dada por el hecho deque las tensiones cclicas rompen localmente la pelcula superficial de xido y facilita la formacinde nuevas picaduras, es decir que remueven y desalojan a los productos de la corrosin que podranproteger contra el ataque posterior. El fondo de las picaduras es ms andico que el resto del metal


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y por ello las picaduras progresan en profundidad, ayudadas por la destruccin de la pelcula dexido, debido a las tensiones cclicas.El agrietamiento ocurrir cuando las picaduras sean suficientemente agudas para originar unaelevada concentracin de tensiones.Existen varios mtodos para combatir el deterioro de fatiga con corrosin: el material para esteservicio debe elegirse atendiendo ms a su resistencia a la corrosin, por ejemplo: acerosinoxidables, bronces, aleaciones cobre-berilio.En el presente diagrama puede apreciarse como disminuye la resistencia a la fatiga cuando elmaterial tiene defectos superficiales, el mecanizado es muy grosero o el material sufre un ataquequmico superficial.

9-e) Del mtodo de ensayo:

Los resultados de fatiga para un mismo material, varan segn el mtodo de ensayo, lo que a su vezdifieren con las mquinas de ensayo.La resistencia a la fatiga por torsin es menor que a la flexin rotativa en 50%-65%, para aceros alcarbono; 45% - 70% para aceros aleados y alto carbono y del 50% para no ferrosos.En el grfico, para un acero dulce se comparan la resistencia esttica a la traccin y el lmiteelstico con la resistencia de fatiga por distintos mtodos.


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9-f) De la temperatura:En los ensayos comunes de fatiga se desprecia con frecuencia la influencia de la temperaturaambiente (variaciones diarias y estacionales); en los aceros puede ser apreciable su efecto,recomendndose anotar la temperatura media de los ensayos.1) Temperaturas superiores a la ambiente:Segn varios experimentadores para ciertos aceros (aleados) es mayor a 300--350C que atemperatura ambiente; en cambio en otros aparece una disminucin continua del lmite de fatiga conla superacin de la temperatura ambiente.En los diagramas puede apreciarse que las variaciones del lmite de fatiga y la resistencia esttica ala traccin, siguen desarrollos prcticamente paralelos, aunque la fatiga resulte menos afectada porla temperatura.Tambin se ha encontrado que entre 70 C y 100 C se reduce la resistencia a la fatiga entre un 15%y un 20% respectivamente, del valor ambiental, pudiendo llegar a un mnimo a 120 C, esto tienemucha importancia porque muchas piezas y rganos de motores trabajan a esa temperatura.Cuando la temperatura es mayor a 400 C no se encuentra un lmite de fatiga y la curva desciendecontinuamente ya sea por oxidacin o por falta de consolidacin del recocido que ocurre durante losensayos en caliente.

2) Bajas temperaturas:Se han encontrado aumentos de un 15% aproximadamente cuando la temperatura disminuye de+25 C a -25%. A -40 C hay aumento de todas las resistencias: de fatiga, de elasticidad, de roturapor traccin y de dureza.Continuando con la disminucin de la temperatura, aumenta el lmite de fatiga consecuentemente;por ejemplo:


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Acero dulce 0,1% CTemperaturas +20 C -80 C -180 C

Lmite de fatigaSobre probetas lisas 19 Kg f /mm2 26 Kg f /mm2 58 Kg f /mm2

Lmite de fatigaSobre probetasentalladas

13Kg f /mm2 14Kgf/mm2 17 Kg f /mm2

Acero Cr - NiTemperaturas +20 C -80 C -180 C

Lmite de fatigaSobre probetas lisas 55 Kg f /mm2 59 Kg f /mm2 78 Kg f /mm2

Lmite de fatigaSobre probetasentalladas

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9-g De las variaciones momentneas de los esfuerzosSe conoce que la resistencia a la fatiga de un metal no es constante, sino que vara con el servicio aque se la someten y como los rganos de mquinas trabajan a regmenes variables, se traducen enesfuerzos variables en amplitud.Experimentalmente se ha demostrado que si a una probeta se aplican momentneamente esfuerzosalternados y stos son superficiales al lmite de fatiga, se encuentra posteriormente un lmite inferioral primitivo. Este concepto vale para esfuerzos muy grandes aplicados poco tiempo o esfuerzosligeramente superiores al lmite de fatiga y aplicados un gran nmero de veces.Este efecto as descripto se llama sobrefatiga.Si por el contrario, la probeta ha soportado con anterioridad esfuerzos cclicos inferiores al lmite defatiga, se encontrar un nuevo lmite ms elevado; a este efecto se lo conoce como subfatiga.Estos fenmenos pueden explicarse admitiendo que el lmite de elasticidad ha variado por laaplicacin de esos esfuerzos primitivos, de manera que el material adquiere un nuevo lmite defatiga; esa adaptacin es limitada y si llegara a sobrepasarse se producir rpidamente la rotura. Seadaptan mejor los materiales dctiles que los frgiles.Finalmente mencionaremos que el aumento o disminucin del lmite de fatiga depender delporcentaje de la sobrecarga o subcarga y del nmero de ciclos de cada caso.9-h) De la frecuenciaLa variacin peridica del esfuerzo produce idntico efecto en la deformacin, que pueden seralargamiento, acortamiento, flecha o ngulo de torsin.La frecuencia acta en los ensayos de fatiga en la siguiente forma: si el esfuerzo aplicado es grandey se manifiesta desprendimiento de calor (por histresis mecnica), la rotura puede sobrevenir msrpido cuando la frecuencia es elevada, ya que el calor que desarrolla la histresis es cada vezmayor, no pudiendo ser evacuado por conveccin radiacin al medio ambiente.Experiencias de Cozand en flexin rotativa para acero CrNi recocido a 3000, 8000, 11000, y15000 rpm, dan como resultado que para los esfuerzos ms elevados, el N de ciclos que produce larotura disminuye cuando la velocidad pasa de 3000 a 8000 rpm, debido al calentamiento porfrotamiento interno, incluso hasta poner el metal al rojo. Por el contrario, con esfuerzos cercanos allmite de fatiga, donde no se manifiesta calentamiento alguno, no tiene influencia hasta 8000 rpm yse aumenta la resistencia a la fatiga a 11000 y 15000 rpm.


En ensayos para velocidades de 1500 a 30000 rpm se ha encontrado, para probetas lisas entalladasque a 30000 rpm es mayor que a 1500 rpm, la resistencia a la fatiga en 2% para aceros comunes,15% para aceros inoxidables y de 15% a 35% para no ferrosos.9-i) Del tamao:Un problema prctico es tratar de relacionar los resultados de probetas pequeas de laboratoriocon el de piezas de mquinas en servicio. La experiencia demuestra que existe un efecto detamao, es decir que la resistencia a la fatiga de los rganos o piezas es menor que la de probetaspequeas. El estudio exacto es complicado porque es difcil preparar probetas geomtricamentesemejantes, de dimetro creciente, que tengan la misma estructura metalrgica y la mismadistribucin de tensiones a travs de toda la seccin transversal.Al cambiar el tamao de la probeta para fatiga resultan alterados dos factores. Primero, al aumentarel dimetro aumentan el volumen y el rea superficial, y sta es importante porque las fisuras defatiga se inician en la superficie. En segundo lugar, para probetas som

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