Unidad 4 - Ensayos Destructivos

7/21/2019 Unidad 4 - Ensayos Destructivos

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

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ENSAYO DE COMPRESIN.

INTRODUCCIN

Es un ensayo que consiste en aplicar una fuerza esttica sobre el eje longitudinal con la intencin de

acortar 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 a

momento, 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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2

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 lacompresin. h=8 a 10 d

Una 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:

=

=

.

/=

. . =

2. 2

=

2, 2 = 1 = 5

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 compresin

Se puede obtener slo para metales con cierto nivel de fragilidad que produzcan ruptura durante elensayo.

=

2. Tensin al lmite de proporcionalidad.

Es el valor ms representativo de este ensayo ya que es el nico que se puede obtener para describirel comportamiento de los metales ms maleables.

=

3. Tensin al lmite del aplastamiento

Es un equivalente al limite a la fluencia del ensayo de traccin, se puede observar en algunosmetales maleables, pero no es muy utilizado.

=

4. Acortamiento de rotura

Equivalente al alargamiento por traccin

%=

.100

5. Ensanchamiento transversal

Correspondiente a la estriccin en el ensayo de traccin

%=

.100

6. Mdulo de elasticidad

Se puede obtener el mdulo de Hooke se ciertos materiales, el cual coincidir con el obtenido en elensayo de traccin

=


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Ciencia de los Materiale

1GENERALIDADES

Si las fuerzas actan sobre unamanera tal que tiendan a pr

compresin sobre una parte de la setraccin sobre la parte restante, seest sometida a flexin. En las estrservicio la flexin puede ir acompaest presente casi siempre en vigas

Los ensayos de flexin son menostraccin pues los valores de resisteltimo pueden ser aplicadosestructuras que trabajan a flexin:especiales es conveniente obtenerentran en los clculos, directamenteste ensayo.

Las figuras ilustran vigas sotransversales (perpendiculares aactuando en su plano de simetra, luna deformacin de trazado circular

El efecto flexionante en cualquiecomo el momento flector M, el cmomentos de todas las fuerzas quede ella (o a la derecha). Usualacompaada de los esfuerzos de cseccin se considera como la sum

las fuerzas transversales actuantes(o a la derecha cambiada de signomomento flector y del esfuerzo de c

Para el primer esquema de cargas sya que en el tercio medio los esfuer

2DISTRIBUCIN DE LOS ESFU

Por efecto del flexionamiento qualargamiento y las superiores sufrtraccin y compresin e induciendsern nulas; dichos puntos determin

medio de la seccin y a la que se llLa teora de flexin supone que upermanece plana; pero sufre una rconvergiendo todas sobre un centro

Si se considera un tramo de vigdeformacin y y como dentro demismo tipo de diagrama lineal indic

Las condiciones generales de equili

nidad N4: Ensayo de Materialess Facultad de Ingeniera Universidad Nacional de Cu

NSAYO DE FLEXIN

ieza de material deducir esfuerzos de

ccin transversal y dedice que dicha piezacturas y mquinas enada de corte, el cualuya h lo/10.

mpleados que los decia deducidos de esten los clculos dein embargo, en casoslos coeficientes quede los obtenidos en

etidas a esfuerzossu eje longitudinal)os cuales provocarnen dicho plano.

r seccin se expresaual es la suma de losactan a la izquierdaente la flexin va

rte, el cual para unaa algebraica de todas

a la izquierda de ella. Las variaciones delorte a lo largo de una viga se llaman diagrama

tiene la flexin prctica y para el segundo los de corte son nulos.

RZOS EN LAS SECCIONES TRANSVERSAL

producen las cargas vistas, las fibras infeen un acortamiento, poniendo de manifiesto

que en algunos puntos de la seccin transveran una recta que generalmente se supone coinc

ma eje neutro.a seccin plana sometida a la accin de un

otacin alrededor de su eje neutro, con respecde rotacin.

a de longitud unitaria, una fibra genrical periodo proporcional es segn la ley de Hookar las tensiones que experimenta esa seccin.

rio establecen que:

o

.

a flexin pura,

S

iores sufren unlas tensiones deal, las tensionesidente con el eje

omento flector,to a una vecina,

xperimenta unae: y=E * y, el


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a) algebraica de fuerzas longitudi

b) algebraica de fuerzas verticale

c) algebraica de los momentos flaplicadas a la probeta, debe ser iguatransversal.

Es decir que supuesto el material colos mismos equidistan del eje neutresta condicin, el eje se desplazaresultantes de los esfuerzos interproporcionalidad y por el hecho comantienen prcticamente planas, ltiende a curvarse en los extremos, oincrementos de tensiones para igual

3CLCULO DE LA RESISTENCI

Se efecta determinando el momproducen las fibras interiores respeneutro, en una seccin, que semomento flector originado por lexteriores aplicadas al material.

Si se tiene una seccin transversa

S, de forma rectangular, en una frsituada a una distancia y del ejactuar y producida por unaque:dp = y* ds

El momento respecto al eje neutro e

Del diagrama de tensiones en perioe) * y

2* ds

nidad N4: Ensayo de Materiales Facultad de Ingeniera Universidad Nacional de Cu

nales = 0; PT - PC = 0

= 0 ; RA P + RB= 0

ectores sea = 0, o sea que el momento de las fl al momento de las fuerzas interiores que acta

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

n igual comportamiento bajo ambos esfuerzos, l; en cambio, en la generalidad de los casos en

hacia la zona ms resistente para mantener laos y por lo tanto la de sus momentos. Unprobado experimentalmente que las seccionevariacin sigue siendo lineal; en cambio el

sea que las fibras que entran en periodo plstics aumentos de las deformaciones.

A A LA FLEXIN:

ento quecto al ejeponen als cargas

l de rea

anja dse neutro,dp, tal

s:dM = dP * y = y* ds * y

o proporcional es:y/e = y /e y = (y * e

o

erzas exterioresn en una seccin

las resultantes deue no se cumpleigualdad de las

a vez pasada latransversales seiagrama de sufren menores

e) dM = (e/


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Si hacemos la sumatoria:e

eM =int

Para una seccin dada es: e/e =ct

A dse

ey *

2se lo llama momento

designa con Jx ya que est referi

Como se vio, el momento de las fula misma seccin, la carga aplicadaSi lo llamamos Mf ser:

MINT = Mf= (e/e)*Jx

A Jx /ese lo conoce como mdul

Esta es la llamada frmula de Naviy cuando deformaciones y tensione

Con (1) se puede calcular en cualqfuncin de sus distancias al eje neut

Esta expresin confirma el diagram

y = ees y = e

Por convencin el momento flectcuando los esfuerzos de traccin se

3-a Clculo del momento de inerc

12

3hb

Jy = y12

3bh

Jx =

( 212

hbh

JyJxJp +=+=

Jx= momento de inercia con respecto al ejJy= momento de inercia con respecto al ej

Jp = momento de inercia polar respecto a u

3-b Clculo del momento de inerc

Para la probeta de seccin circular,es:

32

4D

Jp = y el momento de inerc

e =e*


dse

e y **2

dse

e

e

e yM = *2

int

e inercia normal de la seccin respecto del ej

o a dicho eje,MINT = (e/ e) * Jx

rzas interiores tiene que ser igual al que produsobre el material, para que el sistema se encuen

(1)

o resistente Wx (2)

er y de acuerdo a la deduccin puede aplicarss varen en forma lineal.

ier seccin el valor de la tensin en distintos pro

(3)

visto ya que paray = 0 es y= 0y para

r ser positivo cuando la viga se flexione haencuentren debajo del eje neutro.

a en seccin rectangular:

)2

xy

n polo o eje de giro

ia en seccin circular:

que es la ms usada en metales

ia normal por simetra es:

e= Mf/ Wx

f/Jx

y =y* Mf/Jx

o

e neutro, y se lo

e con respecto atre en equilibrio.

e en flexin pura

untos de ella, en

cia abajo, o sea


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7

JxDJp

JxJxJyJxJp ====+=642

2

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, y

las 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:

Jxf

lPE

JxE

lPf

PROM

PROM

**48

**1

**48

**1 3

0

3

0 == (4)

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

JxE

lPf**648

**23 3

0=

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).

4PROBETAS

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 seccin

rectangular) existe peligro de que la probeta sufra flexin lateral (torsin). Se recomienda tomarcomo lo12do lo 12h

En 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


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8

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

5DETERMINACIONES A REALIZAR EN EL ENSAYO

Conviene especificar:

1) Antes del ensayo:

a) Norma a consultar

b) Accesorios de la mquina de ensayo y escala de cargas

c) Materiald) Dimensiones do, lo, lt, y croquis de la misma

2) Durante el ensayo:

a) En perodo elstico Pi -fi (5 valores), PMX, fMX

b) Tipo de fractura con croquis.

3) Despus del ensayo:

Jxf

lPE

PROM

PROM

**48

**1 3

0= donde PPROM y fPROMson los valores promediados de las determinaciones

30

030

0 *5465,2

32*4*

d

lP

d

lP

Wx

M MXMX

MX

EF ===

Como datos complementarios la norma DIN 50110 define:

Factor de flexin = EF/ET (1,8 - 2,2)

Rigidez de flexin = EF/ fMX(6 - 9)

6ANLISIS 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.


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En realidad, el fenmeno es ms coal eje neutro y por lo tanto, unacontraccin transversal, q= /, ysufre una tensin menor (porque loser menor, y como est ntimamdeformacin de sta. Como defor

considerada tambin ser alterada.

En este fenmeno influye la formaen (B) la influencia de las fibras 1-probetas. Esta influencia hace que llas experimentales.

c) En ensayos de flexin para cmateriales plsticos y frgiles. Ende la rotura las fibras que sufren mpasado el lmite de proporcionaliddeformaciones. Por lo tanto, aunquforma ya vista; de ah que en la restablecer (1) e = e*Mf/ Jx, y loslos ensayos de traccin.

Con materiales frgiles la rotura sehiptesis planteadas para deducir (1

d) Otro fenmeno que puede influapoyos; al deformarse la pieza derozamiento se introducen fuerzas su


mplejo: cada fibra sufre una tensin proporciodeformacin, = /E; esta deformacin tra

como la fibra situada inmediatamente debajoes su distancia al eje neutro) su contraccin traente ligada a la fibra superior considerada, iaciones y tensiones estn relacionadas, la te

de la probeta: en (A) las fibra del nivel 2-21 que se encuentran abajo, como se deduce deas flechas y resistencias obtenidas por clculo

nocer la tensin mxima de rotura, debe d l caso de los plsticos (ejemplo: aceros suaves

ayores tensiones, o sea, las ms alejadas del ejad y se encontrarn en la regin del diagram

el diagrama de stas sea rectilneo, el de las totura no se verifican las hiptesis que sirviervalores obtenidos por flexin no coinciden con

produce sin grandes deformaciones y por lo t), hasta alcanzar la rotura.

ir sobre el resultado es el rozamiento de la pe poder deslizar libremente sobre los apoyos,plementarias no previstas en el clculo.

o

al a su distanciae aparejada unae la consideradansversal tambinmpedir la libresin de la fibra

sufrirn ms quelas formas de laso sean iguales a

istinguirse entre) en el momentoe neutro, habrn

de las grandesensiones toma laon de base paralos obtenidos en

anto s valen las

robeta sobre susya que si existe


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ENSAYO DE CHOQUE

1GENERALIDADES

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 fragilidad

de 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 seccin

disminuida, 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 laentalladuray 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.


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2MQUINAS DE ENSAYO

Se usan mquinas llamadapendulares, que constan de una bacontiene al yunque donde se ubicanla probeta. Un bastidor vertical adosoporta la masa pendular que gira croce en soportes a bolillas. Al costase halla una escala que mide la endel pndulo en cada posicin, ytambin la energa gastada en lprobeta.

El principio de funcionamientoesquema donde un peso G asbarra que puede girar librementeO, puede ser elevado a una alturaposicin vertical de reposo, que tam

Si en esas condiciones se la dejaalcanzando una h1 o un 1;carrera.

Ahora si en el punto P situadobarra de un material, la masa al chmayor que la necesaria para logrindicada por el ngulo 2. El trabinicial y la que posee al final de la c

E0= (E1 -E2); E1= G. h1; E2= G. h2

h1= OP OA; OP = r; OA = r. cos

h2= OP OB; OP = r; OB = r .cos

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

3MTODO DE CHARPY:

Es un mtodo para determinar la

materiales metlicos, que reciben elLa norma IRAM 106, establece que

1) La temperatura de la probet

2) Las probetas se extraern dya sea por calentamiento o p

Sus dimensiones sern:

Longitud: (551) mm; anch


s martillosse robusta quelos apoyos de

sado a la base,on un mnimoo del bastidorrga potencialpor lo tantorotura de la

responde algurado a unasobre un ejeh1 desde subin puede indicarse con 1.

caer, pasar en la primera oscilacin a la pla energa de la primera posicin ser igual a l

obre la vertical del desplazamiento del pnducar producir su rotura y si la energa que porla, proseguir su trayecto elevndose hastaajo gastado en romper la barra ser la diferenciarrera:

1; h1= r r. cos1= r. (1- cos1)

2 ; h2= r r. cos2= r. (1- cos2)

2)

resistencia a la flexin por choque en probet

impacto en la cara opuesta de la entalladura.:

deber permanecer en (201)C.

l material a ensayar, evitando modificacionesor endurecimiento en fro.

o = altura = (100,1) mm.

E0= G. r. (cos2 cos1)

E1 = E1 = G. h1 = G. h1

o

osicin opuesta,a del final de su

lo se coloca unaee el pndulo esuna altura h2entre la energa

as entalladas de

en su estructura,


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Las entalladuras en la seccide estras u otros defectos. S

2-a Probetas francesas:

2-b Probetas alemanas:

Se emplean en materiales qu

Las ms comnmente usadaEntalladura MesnagerEntalladura IzodEntalladura Tipo UEntalladura Izod modificada

Excepcionalmente se emplemquinas de 75 Kgfm.


n media tendrn las caras bien paralelas, evitegn las formas y dimensiones de las entalladur

e tienen menos resistencia a la flexin por choq

son:

an probetas Charpy tipo grande de 160 x 15

o

ndo la aparicinas se tienen:

ue.

x 30, que exigen


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3) La mquina a emplear tieneuna altura de 1,50 m. Dichmm y sus caras forman un

Se vio que la distancia entre= 1mm y las paredes tienen

Cuando el pndulo est suextremo redondeado a la pro

La friccin entre sus partesadmite una diferencia del 1

La velocidad del martillo enpodr exceder los 30 kgfm.

Ambos valores se calculan c

g: aceleracin de la gravedad (m/seg2)r: distancia eje rotacin al centro de la cucG: peso actuante (kgf), obtenido colocandorotacin coincide con el borde del martillo

4) El procedimiento prevee coentalladura est en el misgolpear la probeta en la car

La probeta deber romperse= (E1 E2) = G. r. (cos2

La resistencia a la flexin p

E0: trabajo de impacto para rotura de la proS: seccin til de la probeta, medida en el p

4MTODO DE IZOD:


un martillo pendular de 20 kgf de peso, que smartillo est terminado en una cuchilla cuyogulo de 30 con un filo redondeado de r = 2 m

apoyos es de 40 mm, los bordes de stos son rna inclinacin de 1:5.

spendido libremente, el martillo debe tocar lbeta.

deber ser mnima de manera que para la mardel valor angular para sus posiciones extrema

el impacto ser de (5~6) m/seg y el trabajo co

on:

illa (m).el pndulo en posicin tal que el plano horizontal que cy ste descansa sobre el plato de la balanza

locar la probeta sobre los apoyos, de modo quo plano vertical que recorre el centro del

a opuesta de la entalladura.

de un solo golpe de martillo, y el trabajo paraos1).

r choque o resiliencia dinmica est dada por:

S

EK 0=

beta de un solo golpe.

lano de simetra de la entalladura.

( )

)cos1.(.

cos1...2

=

=

rGE

rgv

cos2= 1 para 2= 0

o

deja caer desdeespesor es de 16.

dondeados con r

vemente con su

cha en vaco, se.

rrespondiente no

ntiene al eje de

e el centro de lamartillo, el cual

u rotura ser: E0


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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)C

2) Las probetas se extraern de la manera ya descripta, y la ms comnmente usada es unabarra 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:

5RESULTADOS 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.

K = E0


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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% de

contraccin 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 impacto

El 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 entallas

geomtricamente 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 dulces

Probeta 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

6FRACTURA

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 las

fisuras 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 fractura

que 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

1INTRODUCCIN

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, si

no 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) fluorita

5) 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) yeso

3) 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.


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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 para

ese fin.

2DUREZA 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 dimetroD, 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.

=

Para evitar errores por lecturas rpidas es ms conveniente calcular la dureza Brinell a partir deldimetro dde la impronta:

Y se obtiene:

En la que:

P: carga aplicada a la bolilla en kilogramos

D: dimetro de la bolilla en milmetros


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d : dimetro de la impresin

HB: nmero de dureza Brin

En general HB est dado en la davalor numrico.

El modo de operar y los requisitos

en la norma IRAM 104.Ley de semejanza para el ensayo

La norma IRAM 104 establece lmidimetro de la bolilla del penetrasemejanza que permita comparar dcon bolillas de distinto dimetro.

Esa semejanza queda asegurada si tel ngulo en todas ellas.

La constancia de impone para la i

El valor de la constante se ha dete

Penetradores

Los penetradores ms empleadosmedida que los metales son mspuesto que stos se pueden confecaplastamiento. Es as que excepciodimetro.


en milmetros

ll en kilogramos por milmetro cuadrado

/mm2, por esto la dureza suele indicarse tan

que se deben observar para un ensayo Brinell

rinell

es para el dimetro de la impresin d en un cieror. Pero esa limitacin nada dice con respe

iversos ensayos Brinell entre s cuando los mi

odas las impresiones Brinell se efectan mante

ualdad de las durezas HB

rminado experimentalmente para cada material. n el ensayo de dureza Brinell son los de 10,

uros, es necesario recurrir a penetradores deionar con una dureza mayor para que no sufranalmente se utilizan penetradores de 1,25 mm

o

slo mediante el

estn contenidos

to porcentaje delto a una ley demos se efectan

niendo constante

5 y 2,5 mm. Amenor dimetro,n los efectos dely 0,625 mm de


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Determinacin de la dureza Brinell

Para 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 Brinell

Se calcula la dureza Brinell sobre la base de la carga Paplicadasobre el penetrador, que ha producido una impresin dedimetro d.

Si bien para la mayora de los ensayos Brinell el tiempo deduracin 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 HB10/3000/30

Determinacin de la dureza Brinell sobre la base de la profundidad de la penetracin

Si 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 hde 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


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toma en cuenta porque la profundirelativo entre el soporte del penetrdimetro dde la impresin, no coincobre, el acero dulce y otros metaleacero al manganeso, el bronce fosfo

Como consecuencia de lo sealado,por lo que da una cifra Brinelldispersiones en la cifra de durezatrabajada; de lo contrario dicha disp

La siguiente grfica permite aprecibase del dimetro de la impresin e

de esa impresin. Ello surge de la fque esta ltima es mucho ms achaapreciacin de la dureza.

La medicin de la dureza Brinellensayos de series de piezas iguales,la dureza en s.

Relacin entre la dureza Brinell y

Dado que el ensayo Brinell est baestablecido experimentalmente unaa la traccin de los aceros. En lacarbono:


ad observada h1, determinada generalmente cador y la probeta, y la profundidad real h, cciden. Este efecto de resalte es ms notorio ens blandos; en cambio, en los metales duros, coroso, etc., se origina una depresin en el borde

el dimetro de la impresin no depende tantoms uniforme. Por el contrario, la medicie 7%, siempre que la superficie de apoyo deersin puede llegar a 9%.

r que la exactitud de una cifra de dureza detes mucho mayor que si se lo hace sobre la base

orma de ambas curvas que relacionan dconH tada que la primera y, por lo tanto, menos exac

asada en la profundidad de la penetracin sl donde interesa investigar la uniformidad de la

la resistencia a la traccin

sado en una deformacin netamente plstica drelacin que vincula la dureza as determinadamayora de los casos se verifica que para lo

o

mo movimientorrespondiente almetales como elo es el caso del

e la impresin:

e ese fenmeno,de h produce

las probetas sea

rminada sobre lae la profundidad

y hconHB, enta en cuanto a la

o se utiliza paracalidad ms que

l material, se haon la resistenciaaceros de bajo


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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.

3DUREZA 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) Material

G0 G G1A cnico 10 50 60 aceros duros de poco espesor y extremadamente duros

B Esfrico

(1/16")

10 90 100 aceros de bajo carbono, bronces en general para HRB 20

D cnico 10 90 100 acero duro, acero templado, acero de aleacin, materialescon HRc > 20

E Esfrico(1/8")

10 90 100 metales blandos, metales antifriccin


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24

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 Superficial

N cnico 3 12.27.42 15.30.45 acero endurecido, carburo de tungsteno u otrasaleaciones duras

T esfrico 3 12.27.42 15.30.45

W esfrico 3 12.27.42 15.30.45 materiales relativamente blandos, latones,bronces, aceros blandos, u otros materialessimilares

X esfrico 3 12.27.42 15.30.45

Y esfrico 3 12.27.42 15.30.45 J 1

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

Mtodo de ensayo de dureza Rockwell para materiales metlicos

El 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 el

incremento 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.


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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 e

Siendo:

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 del

diamante 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 ensayo

1. Se elige el penetrador a emplear en el ensayo, el que se coloca en el aparato para determinarla dureza Rockwell.

2. Se ubica la probeta sobre el soporte inferior del aparato, maniobrando con el volante hastaponer en contacto la superficie de la probeta con el penetrador.

3. Se contina luego girando suavemente, hasta poner en coincidencia la aguja chica del dialcon 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 G0y lacarga mxima G0 + G1, una vez suprimida G1tal como se indica en el esquema del ensayo.Este valor se llama e.


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Frmulas para el clculo

El dial est dividido en 100 partes,de la escala es igual a 0,002 mm.

A mayor penetracin corresponde s

Las expresiones de dureza que se leDureza Rockwell

HRA = 100 HRB = 130 HRC = 100 HRD = 100 HRE = 130 HRF = 130 HRG = 100

Dureza Rockwell Superficial

HRN = 100 HRT = 130 HRW = 130HRX = 130 HRY = 130

El nmero obtenido se antepone alRockwell HRCobtenido es 44, la de

Mquina para el ensayo Rockwell


para una penetracin total de 0,2 mm. Por lo ta

bre el dial una lectura menor.

n directamente en el dial son:

eeeeeee

eeeeesmbolo correspondiente. Si, por ejemplo, el nsignacin se har como sigue: 44 HRC.

o

nto, cada unidad

mero de dureza


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27

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.

4DUREZA 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 la

carga aplicada P y la superficie S de la impresin que deja el penetrador, constituido por una puntade diamante.

2 =

2 8

=1,85


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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 d1y d2de 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:

= 0,038

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 impresiones

como 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.

5KNOOP YGRODZINSKYLa 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.


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El nmero de dureza Knoop se oromboide de la impresin, sin queEllo se consigue expresando dichaque resulta muy poco afectada por

siendo

=

= 0,0028

se obtiene finalmente =

dondePse mide en daN y l en m.

La diagonal l puede tener valores caproximadamente tres veces mayVickers con la misma carga. Demayor en la medicin de la dureza

El mismo objetivo se consigue conse obtiene por la interseccin de dcual se logra una superficie alargad

6MICRODUREZA

Al tratar el mtodo de dureza Rsuperficial. Para ello se emplean car

La microdureza se aplica bsicamecapas metlicas muy delgadas (cacuando se trata de espesores metlio recubrimientos ejecutados por ele

Con ese objeto se recurre a los pecon cargas que oscilan entre 0,10el sistema de ampliacin ptica de

La carga que se aplica en el ensayoAs, por ejemplo, con una carga dem; con cargas menores es posibleDe tal modo se puede efectuar la men el campo de observacin con la i

Para una carga dada, el penetradorde tres veces la de la pirmide Vick


btiene dividiendo la carga aplicada P sobrese haya producido todava la recuperacin elssuperficie en funcin de la diagonal mayor deicha recuperacin.

230

mprendidos entre 5 y 1000 m, y esor que la que produce el ensayoese modo se obtiene una exactitude superficies muy duras.

l penetrador Grodzinski, cuya formaos conos iguales (Fig. 7.42), con lodespus de quitar la carga.

ckwell se mencion su aplicacin para detergas de 15, 30 y 45 daN.

nte en aquellos casos en que se quiere determisi siempre originadas por algn tratamientoos muy delgados, tales como filos de herramietrodeposicin.

etradores Vickers y, sobre todo, a los de Knoy 30 N. La lectura de la impresin se realiza s

ue estn provistos los aparatos.

de microdureza depende del espesor de la piez,30 N la profundidad de la impresin es de aprexaminar un recubrimiento metlico cuyo espdicin de la dureza en los cristales metlicos, l

ntervencin del ocular del aparato.

noop produce una impresin cuya diagonal mrs. La profundidad de la impresin es un tercio

o

la superficie delica del material.la impresin, la

minar la dureza

nar la dureza enrmico), o bientas, agujas, etc.,

p y Grodzinski,iempre mediante

a y de su dureza.oximadamente 3sor es de 1 m.

os que se ubican

yor es alrededormenor.


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En la siguiente figura se da un ejecarga P. Una vez orientada la imvrtices de la impresin con una dacuerdo con la figura de la izquierextremo de la misma diagonal concifra 12,5 m (figura de la derechambas lecturas ms la cantidad de dlecturas efectuadas, o sea

12,5 m 0,0 m + 75 m = 87

Aplicando la frmula HV = 1,854obtener directamente de la tabla de

La dureza Knoop se determina con l

7DUREZA DE LOS MATERIAL

Los mtodos de dureza de los mathasta aqu.

En el siguiente cuadro se dan los liacuerdo con las normas pertinentes.

Norma deensayo

Material

Din 53456

VDE 0302

Materiales plsticosblandosMateriales aislantes

DIN 51955 Recubrimientos parapavimentos

ASTMF 36-61T

Materiales para juntas

DIN 1168 Estuco y yeso para laconstruccin

Para los elastmeros (goma, ltexutilizan los siguientes penetradores:ensayo que se realiza de acuerdo a l


mplo de medicin de una impresin Vickers presin en el campo del retculo, se hace coine las divisiones micromtricas y se anota la lea. Se gira el tornillo micromtrico hasta hacerna divisin de la escala. La escala micromtric). La longitud de la diagonal est dada por laivisiones abarcadas por la impresin durante el

4 P / d2 se halla la dureza Vickers, la que turezas correspondiente.

a frmula HK = 14230 P / l2.

ES PLSTICOS

riales plsticos utilizan los mismos principios

eamientos para efectuar esos ensayos en diver

Carga previa Carga de ensayo Cuerp

1 daN

0,3 daN

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

50 daN

Punzn dbola 5 mPunzn dbola 5 m

0,3 daN 50 daN Punzn dcilndrico

1,0/5,0 lbs 245/99/79/49 lbs Punzn dcilindrico.0,252/0,5

1 daN 20 daN Punzn d de bola

similares) se recurre a la dureza segn Shore1. durezas Shore B y C: penetrador en forma das normas DIN 53505, ASTM-D 2240, BS 903

o

oducida por unacidir uno de losctura 0,0 m decoincidir el otroa indica ahora ladiferencia entre

transcurso de las

mbin se puede

ue los descritos

os materiales de

o penetrador

bolilla, de.bolilla, de.

compresin, 11,3 mm

rompi sin.4/1.129"

o huilln,, 10 mm.

, para lo cual setronco de cono,

; 2. dureza Shore


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D: penetrador cnico con ngulo dcon tacto igual a 1 cm2). Normas ap

8DUREZA DE LAS MADERAS

Si bien la dureza de la madera sebolilla de 10 mm y una carga entraplica en 15 segundos y se mantiende Janka.

De acuerdo con ese mtodo de duresea una seccin F = 1,0 cm2, que sradio. La cifra de dureza Janka es idefine como la relacin entre laprecisamente, a 1,0 cm2.

El ensayo se realiza sobre una prob5,1 cm x 15,2 cm. Esta se colocacabezal superior se ha introducidoslo permite que ste penetre hasta

En general, se practican dos penetrradial y una en cada extremo, cuida

Se obtienen de ese modo tres cifra

madera. Esa diferencia se hace tancuyo caso aumenta tambin la cifra

La norma IRAM 9558 establece unest basado en la norma AFNOR B

El instrumental necesario para dich

a) una cuchilla recta de acero con bla dimensin transversal de la probe

b) una mquina para la aplicacin d


30 1/4 (igual que en el caso anterior, conlicables: DIN 53505 y ASTM - D 2240.

uede determinar mediante el ensayo de Brine100 y 500 daN (segn sea la dureza de la m

durante 30 segundos, el ensayo frecuentement

za se utiliza un penetrador esfrico de 11,28 mintroduce en la muestra de madera a una pro

ual a la de la carga para producir esa penetracicarga y la seccin diametral de la impresi

eta especialmente preparada (norma ASTM D-sobre el plato de apoyo de una mquina deel dispositivo con el durmetro, que posee unna profundidad igual a 5,64 mm.

aciones sobre una superficie tangencial, dos sdo de hacerlo lejos de los bordes.

de dureza que varan entre s de acuerdo con

to menor cuanto mayor es el peso especficode dureza.

mtodo de ensayo para determinar la dureza de51 - 013.

ensayo consta de:

orde cilindrico, de 15 mm de radio y de una lonta;

las cargas hasta 200 daN, con lecturas al 1.

o

na superficie de

ll, empleando laadera), la que see empleado es el

de dimetro, oundidad igual aln, puesto que se

n, que es igual,

143) de 5,1 cm xensayo, en cuyoaditamento que

bre la superficie

la especie de la

e la madera, en

las maderas, que

gitud-mayor que

;


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c) un penetrmetro para la medici

En el instante del ensayo la humedhumedad se efecta de acuerdo con

El ensayo se realiza siguiendo el pr

Se mide el ancho de la cara a ensayla mquina y se apoya la cuchillaperpendicular en la mitad del eje lo

Se aplica a la cuchilla una carga prvalor de la profundidad de la impro

Se aumenta progresivamente la carpor centmetro de ancho de la probemaderas muy blandas, la carga mxprobeta.

Se disminuye progresivamente la cprofundidad de la impronta en el pe

La profundidad (t) de la improntefectuadas segn lo descrito. Paradiferencia debe multiplicarse por do

Clculos:

La dureza de la probeta se determin

siendo:D la dureza de la probeta;

t la profundidad de la impronta, de

Informe:

Se debe indicar el nmero y el valoel mayor valor hallado.

nidad N4: Ensayo de Materiales Facultad de Ingeniera Universidad Nacional de Cu

de las profundidades de las improntas con lect

d de la madera debe ser de 15 % 3 %. La detla norma IRAM 9532.

cedimiento que se detalla a continuacin.

r en su zona media. Luego se coloca la probetade modo que el eje del borde cilndrico qu

gitudinal de la probeta.

ogresiva creciente hasta obtener un valor de 5ta en el penetrmetro.

a aplicada durante 3 minutos hasta obtener unta, mantenindose esa carga durante 5 segundoima aplicada debe ser de 50 daN por centmetr

arga y cuando llega a 5 daN se lee nuevamennetrmetro.

es la diferencia entre los valores obtenidoel caso de maderas muy blandas (carga de

s para expresar los resultados.

mediante la frmula siguiente:

=

terminada en milmetros.

medio de las probetas ensayadas, as como ta

o

ras al 0,01 mm.

erminacin de la

sobre el plato dede horizontal y

daN, y se lee l

alor de 100 daN. Para el caso deo de ancho de la

te el valor de la

en las lecturas50 daN), dicha

bin el menor y


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ENSAYO DE FATIGA

1GENERALIDADES

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 el

caso 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 lmite

elstico.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 las

condiciones necesarias para la fatiga.Se desconoce la causa fundamental de la fatiga por lo que es conveniente analizar los efectos deestos factores.

2MECANISMO 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 de

traccin 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 (planos

de deslizamiento). Si se supera ese valor, llamado lmite de deslizamiento, sucede repentinamentela rotura por fatiga.

3ASPECTO 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 punto

de 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.

4CLASIFICACIN 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)/2

b) La amplitud: como la diferencia entre dichos valoresA = (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.

Solicitaciones Diagrama Tensin media Amplitud Semiamplitud

Pulsatorio entre 1y 2 (1+2)/2 (1-2) (1-2)/2

Pulsatorio entre 0y1(intermitente) 1/2 1 1/2

AlternativoAsimtricoentre 1 y -21>2

(1 - 2)/2 (1+2) (1+2)/2

Alternativosimtrico1= 2 0 2. 1 1


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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:

d = m a

5CURVA DE WHLER

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 10 6 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.

6MQUINA 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.

7DIAGRAMAS Y VALORES DE FATIGA PARA DISTINTOS MATERIALES

En la figura se indican para diferentes materiales las curvas de Whler, obtenidas segn el

procedimiento 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 cualquierpequeo 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 1y 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 Ay porcomparacin con el tercer ensayo, se aprecia que N puede alcanzar varios millones, inclusive a laamplitud lmite, para valores poco inferiores de las tensiones.

9EFECTOS QUE VARAN LA RESISTENCIA DE FATIGA9-a Del tratamiento trmico

Se 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 superficial

1) 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 entalladuras

Las 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 distintas

entalladuras de unin.


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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 f

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Unidad 4 - Ensayos Destructivos