Ensayos de Tracción y Compresión
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Ensayos de Tracción y Compresión. Cuando un técnico proyecta una estructura metálica, diseña una herramienta o una máquina, define las calidades y prestaciones que tienen que tener los materiales constituyentes. Como hay muchos tipos de aceros diferentes y, además, se pueden variar sus prestaciones con tratamientos térmicos, se establecen una serie de Ensayos Mecánicos para verificar principalmente la dureza superficial, la resistencia a los diferentes esfuerzos a que pueda estar sometido, el grado de acabado del mecanizado o la presencia de grietas internas en el material, lo cual afecta directamente al material pues se pueden producir fracturas o hasta roturas.
Sumario
Ensayo de Materiales
Se denomina ensayo de materiales a toda prueba cuyo fin es determinar las propiedades mecánicas de un material. Algunas propiedades evaluadas en estos ensayos son:
- Elasticidad: En física e ingeniería, el término elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.
- Dureza: La dureza es una propiedad mecánica de los materiales consistente en la dificultad que existe para rayar (mineralogía) o crear marcas en la superficie mediante micropenetración de una punta (penetrabilidad).
- Embutibilidad: La embutibilidad es la característica que describe la resistencia de un material a ser embutido, o sea, a ser confinado a un espacio reducido o a una matriz, con el fin de que adopte la forma de ésta.
El proceso de embutido se utiliza ampliamente en la industria latonera, para generar tapas, como las de las botellas de cerveza y gaseosa, o como las de tarros de pintura; también se utiliza para formar ollas y otros recipientes similares.
- Resiliencia: En ingeniería, la resiliencia es una magnitud que cuantifica la cantidad de energía por unidad de volumen que absorbe un material al deformarse elásticamente debido a una tensión aplicada.
Cuando un técnico proyecta una estructura metálica, diseña una herramienta o una máquina, define las calidades y prestaciones que tienen que tener los materiales constituyentes. Como hay muchos tipos de aceros diferentes y, además, se pueden variar sus prestaciones con tratamientos térmicos, se establecen una serie de ensayos mecánicos para verificar principalmente la dureza superficial, la resistencia a los diferentes esfuerzos que pueda estar sometido, el grado de acabado del mecanizado o la presencia de grietas internas en el material , lo cual afecta directamente al material pues se pueden producir fracturas o hasta roturas.
Los ensayos en materiales pueden ser de dos tipos, Ensayos destructivos o Ensayos no destructivos, estos últimos muy importantes en los controles de calidad (es demasiado caro romper para comprobar un número de veces que asegure que se cumple los estándares).
¿Cómo identificamos su presencia?
Si se hace una observación consciente sobre los esquemas reales de soluciones mecánicas que con frecuencia nos encontramos en la práctica. En el siguiente esquema se muestra un esquema que simplificadamente representa como actúa la carga sobre el elemento señalado, mediante una flecha se podrá identificar las cualidades más significativas que caracterizan a un elemento sometido a tracción o compresión.
En el esquema siguiente (fig 1.1) el cuerpo A arrastra al cuerpo B mediante una barra metálica C.
La coincidencia de la fuerza con el eje de la barra y su posición perpendicular normal con respecto a la sección transversal de la de la misma se representa de la forma siguiente (fig.1.2) donde podemos ver que cuando aplicamos una fuerza a un cuerpo, a esta fuerza se le opone otra fuerza normal en sentido contrario a la aplicada.
Como aspectos particulares tenemos que el sentido de la fuerza con respecto a las referidas secciones puede ser saliendo o entrando a éstas.
Por tanto todo elemento sometido a una carga que actúa a lo largo de su eje geométrico y perpendicular a su sección transversal estará sometido a tracción si el sentido de dicha carga es saliendo de la misma (fig 1.3).
En caso de que el sentido de la carga esté entrando a la sección entonces estará sometida a compresión (fig 1.4).
Vamos a analizar otros ejemplos para lograr una mayor claridad en la identificación de la presencia de tracción y compresión. En el esquema que mostramos a continuación (fig 1.5) analizaremos las fuerzas a que están sometidos los elementos de una prensa y determinaremos como actúan las fuerzas normales para los diferentes casos.
La representación de las fuerzas interiores se realiza como mostramos a continuación en la figura 1.6.
Es importante aclarar que en el caso de compresión se han considerado barras cuya longitud es pequeña en comparación con su área transversal, pues de ocurrir lo contrario la barra se flexará longitudinalmente y no es éste objetivo de nuestro tema. Por lo anteriormente expuesto podemos afirmar que las cargas que originan la tracción y compresión son cargas externas axiales. Los ensayos en materiales pueden ser de dos tipos, Ensayos destructivos o Ensayos no destructivos, estos últimos muy importantes en los controles de calidad (es demasiado caro romper para comprobar un número de veces que asegure que se cumple los estándares). Ensayos Destructivos típicos: son el ensayo a tracción del que se obtiene la curva de comportamiento del material, el de compresión, y torsión, para caracterizar mecánicamente el solido. Ensayos no destructivos típicos: son los ultrasonidos, para encontrar grietas profundas, el ensayo con corrientes, para medir a través de las corrientes inducidas el espesor de la pintura en una superficie, y el de campo magnético, que permite a simple vista encontrar grietas superficiales muy pequeñas.
Los ensayos no destructivos son los siguientes:
- Ensayo microscópico y rugosidad superficial. Microscopios y rugosímetros.
- Ensayos por ultrasonidos.
- Ensayos por líquidos penetrantes.
- Ensayos por partículas magnéticas.
Los ensayos destructivos son los siguientes:
- Ensayo de tracción con probeta normalizada.
- Ensayo de resiliencia.
- Ensayo de compresión con probeta normalizada.
- Ensayo de cizallamiento.
- Ensayo de flexión.
- Ensayo de torsión.
- Ensayo de plegado.
- Ensayo de fatiga.
- Ensayo de dureza (Brinell, Rockwell, Vickers). Mediante durómetros.
Uno de los procedimientos más habituales para obtener las propiedades mecánicas de los metales es a través del ensayo de tracción. Para ello se prepara una probeta (pequeña barra con formas, dimensiones y pulido normalizado del material a ensayar) y se somete a una máquina de ensayo a tracción (fig 1.7).
Por medio de un accionamiento, esta máquina tira con fuerza de la probeta, alargándola hasta que se rompe (el proceso dura menos de un minuto). Se registran las fuerzas que se ejercen sobre la probeta, así como los alargamientos que se experimentan. A partir de estos valores se realiza el diagrama tensión-deformación donde las fuerzas se dividen por la sección inicial de la probeta (tensiones de de tracción) y los alargamientos se expresan en porcentajes de la longitud inicial (deformaciones unitarias).
Este diagrama permite evaluar cuatro propiedades mecánicas fundamentales de los materiales: la resistencia a la rotura, Rm; el límite elástico, Re; el alargamiento a la rotura, A, y, por medio de un cociente el módulo de elasticidad.
Máquina para el ensayo de tracción 1. Husillo 2.Medida de la fuerza (F) 3.Probeta 4.Medida del alargamiento (A) 5. Correa 6.Motor 7.Gráfico
Este diagrama que mostramos a continuación (fig 1.8) se denomina diagrama convencional de tracción o diagrama de las tensiones convencionales, puesto que las tensiones y los alargamientos unitarios se calculan, respectivamente, referentes al área inicial de la sección y a la longitud inicial de la probeta.
Si se aumentan las Fuerzas más allá del límite elástico, el comportamiento del material puede ser distinto en función de que sea dúctil o frágil.
Los materiales dúctiles sufren nuevas deformaciones, mucho mayores que los elásticos, que ya no se recuperan si dejan de ejercerse las fuerzas (deformaciones plásticas o permanentes); si continúa aumentándose la fuerza, llega un momento en que se produce la rotura para un valor llamado resistencia a la rotura (es el comportamiento de un alambre de acero dulce sometido a la tracción). Los materiales dúctiles facilitan la conformación por deformación plástica (forja, extrusión, embutición y doblado). Los materiales frágiles casi no sufren nuevas deformaciones después del límite elástico y se rompen para un valor llamado resistencia a la rotura, poco superior al límite elástico (es el comportamiento del vidrio). La fragilidad en general se asocia a la falta de tenacidad.La rigidez evalúa la dificultad para deformar elásticamente a un material y se mide por medio del módulo de elasticidad, cociente entre la tensión, o fuerza por unidad de superficie, y el porcentaje de deformación. El acero es un material muy rígido (con un alto módulo de elasticidad), ya que se deforma muy poco al aplicársele una fuerza, mientras que el caucho es un material poco rígido, o muy elástico (con un módulo de elasticidad muy bajo), puesto que se deforma mucho más. Finalmente, la tenacidad mide la capacidad de los materiales para resistir golpes sin romperse, y aumenta a la vez con la resistencia a la rotura y con la capacidad de deformación del material. Así, un determinado acero dulce puede tener una resistencia a la rotura parecida a la de una fundición gris, pero el primero es mucho más tenaz que la segunda gracias a la mucha mayor capacidad de deformación que tiene antes de romperse. Un buen golpe puede romper una pieza de fundición gris, pero difícilmente logrará romper la misma pieza de acero dulce.
Ensayo mecánico de tracción
Se aplica a los materiales para conocer sus características. Con la aplicación de una fuerza externa que lo hace trasformarse es de cráter estático, se realiza en una prensa hidráulica las características que se determinan son: mecánicas y pláticas de metales y aleaciones. En este tipo de ensayo, se emplean probetas cilíndricas donde la parte de trabajo posee un diámetro de 10 mm, y planas de longitud normal para obtener resultados comparables entre la forma y el tamaño y se encuentra unificadas tanto en normas internacionales como en normas Cubanas NC 04- 03. La prensa (para realizar el ensayo) se encuentra provista de un sistema hidráulico accionado por una bomba. La probeta se monta en la máquina mediante la sujeción de esta por sus dos mordazas una de las cuales se desplaza hacia arriba debido a la acción del vástago del pistón sobre el cual presiona el aceite inyectado por la bomba (mecánica). Como la otra mordaza es fija la probeta se va deformando a medida que aumentamos la carga (fuerza) hasta que se rompe.
Imágenes
Máquina universal para ensayos de tracción y compresión, con funcionamiento por control numérico mediante calculador por ordenador, pantalla en color, programas software en entorno Windows XP.
Enlace
Fuentes
- Libro Tecnología de los Metales del autor A. Malishev
