1 ENSAYOS MECÁNICOS

Los ensayos mecánicos de los diversos materiales, nos permiten conocer sus propiedades ya sean: tensión de rotura, límite elástico, dureza, resistencia al impacto, capacidad de doblado, etc. por lo que se les puede clasificar.

Además gracias a estos ensayos podemos comprobar que el material corresponde, en cada caso, con el requerido por el cliente, asegurando así la calidad de los mismos.

Los ensayos mecánicos se pueden clasificar en destructivos y no destructivos en los que se destacan:

1.1 ENSAYO DE TRACCIÓN

1.1.1 Objetivo

Este tipo se ensayo se realiza con el fin de determinar la resistencia a la tensión, la resistencia a la cedencia que puede soportar el material en cuestión, así como otras propiedades, entre ellas: resiliencia (capacidad de un material de absorber energía cuando es deformado hasta alcanzar el limite elástico), la tenacidad (es la energía que puede absorbe un material antes de romperse), ductilidad (cantidad de deformación que puede soportar el material sin romperse) entre otros.

1.1.2 Metodología

Se deben preparar las probetas de acuerdo con las normas, ya sea ASTM B211 y NMX-W-047-1999 u otras, las cuales determinan las longitudes de la misma. Estas probetas son montadas en la máquina universal de ensayos asegurándose en ambos extremos con unas series de mordazas, luego es tensionada axialmente, en donde se procese a verificar las tensiones y sus respectivas deformaciones. Con los resultados obtenidos se puede realizar la gráfica esfuerzo – deformación unitaria, de donde se deduce el modulo de elasticidad o modulo de Young, resiliencia, tenacidad, etc.

Figura 1. Parámetros que se tienen en cuenta a la hora de preparar las probetas.

Este tipo de ensayo tiene mucha similitud con el ensayo de compresión, caso que se hace evidente cuando se compara los respectivos diagramas de esfuerzo – deformación.

1.1.3 Conclusión

Este ensayo en uno de los más utilizado ya que los resultados obtenidos brindan mucha información que es de vital importancia a la hora de diseñar. Al realizar este tipo de ensayos no se tiene en cuenta el cambio de la sección transversal, es decir, la variación del área transversal

original, por lo que se le conoce como esfuerzo de ingeniería a σ=FA

Figura 2. Diferencia entre los diagramas de esfuerzo – deformación, tanto a tensión como a compresión, para un material que tiene comportamiento frágil a tracción.

1.2 ENSAYO DE COMPRESIÓN

1.2.1 Objetivo

Tiene como objetivo determinar los esfuerzos y las resistencia ultimas que se determinan, normalmente en el ensayo de tensión, pero cuando los materiales a analizar presentan comportamiento de frágiles en la tracción se recomienda el uso de este otro tipo de ensayo, teniendo en cuenta que se puede determinar el esfuerzo máximo que puede soportar antes de que el material falle.

1.2.2 Metodología

Para realizar este tipo de ensayo se debe preparar la probeta ya sea de sección transversal circular o sección rectangular. Estas probetas se colocan en una prensa, por lo general hidráulica, la cual las comprime, generando el efecto de abarrilamiento que se muestra en la figura 3.

Figura 3. Efecto de abarrilamiento en los ensayos de compresión (fuerza en sentido axial).

Conociendo la fuerza que comprime la probeta, las longitudes iniciales y finales de la misma, se puede conocer el esfuerzo y la deformación que se da en ésta.

Con los datos anteriores se genera al llamado diagrama – esfuerzo deformación unitaria, el cual se presenta en la figura 4.

Figura 4. Diagrama esfuerzo – deformación.

1.2.3 Conclusión

El ensayo de compresión es de tipo destructivo y que además se le suele realizar a aquellos materiales que presentan comportamiento de frágil a tracción.

1.3 ENSAYO DE FLEXIÓN

1.3.1 Objetivo

En este tipo de ensayo se obtiene los resultados que se esperan en las pruebas de tracción y de compresión, ya que en éste se combinan debido a que una parte de las fibras de la probeta a analizar queda estirada y la otra parte queda comprimida.

A través de este tipo de ensayo se puede determinar el módulo de flexión, por lo que se puede determinar la resistencia a la tensión y a la compresión.

1.3.2 Metodología

Al igual que en los ensayos de tracción o de compresión, la probeta puede tener sección transversal tanto circular como rectangular se le aplica una fuerza radial a la probeta que se encuentra apoyada, generalmente en 2 puntos, por lo que se le conoce como flexión a 3 puntos (los dos de apoyo y el punto de la fuerza), como se aprecia en la figura 5.

Figura 5. Esquema de ensayo de flexión en 3 y 4 puntos.

1.3.3 Conclusión

Es un ensayo habitualmente empleado en materiales frágiles (cerámicos y vidrios), aunque aplicable a materiales metálicos. Debido que algunos materiales frágiles, con el simple hecho de colocarlos en la mordaza pueden sufrir de agrietamiento y fractura, el empleo de este método es una gran alternativa. En la sección transversal existe una zona la cual no está sometida ni a tensión ni a compresión, dicha zona coincide con el centroide de dicha área.

1.4 ENSAYO DE DUREZA

1.4.1 Objetivo

Ya que existe una estrecha relación entre la dureza de un material y la resistencia a la tracción, el objetivo de este ensayo es conocer la dureza, es decir, la resistencia superficial que presenta el material a una deformación plástica localizada.

1.4.2 Metodología

Se selecciona la pieza a la que se le desee realizar la prueba, dado que existen varios métodos para realizar tal fin como lo son: por abrasión (Mohs), rayado (ensayo Martens), por rebotes (medición con esclerómetro) y la más usada por indentadores (Brinell, Vickers, Knoop y Rockwell), se escoge el más conveniente, llevando la pieza hacia el durómetro. En el caso de utilizar el método por indentadores, estos se diferencian por el tipo de punta de penetración (indentador) que se utiliza, para luego medir la huella que éste ultimo deja sobre la pieza y se le asigna un número que corresponde a la dureza.

Figura 6. Escalas en el método de indentación.

1.4.3 Conclusión

Al medir la huella que dejan los indentadores en la pieza se puede determinar la dureza del material y por tal motivo tener un referente de la resistencia a la tracción del material del cual se encuentra hecha la pieza en cuestión.

1.5 ENSAYO DE IMPACTO

1.5.1 Objetivo

Evaluar la fragilidad de un material cuando se somete a un esfuerzo repentino, determinando la temperatura de transición de dúctil a frágil (TTDF), así como la sensibilidad a la muesca.

1.5.2 Metodología

Existen varios procedimientos o técnicas entre las que se destacan: el ensayo Charpy y el ensayo Izod. El ensayo Izod tiene mayor acogida cuando se desea realizar pruebas a polímeros, teneiendo en cuenta que la probeta puede o no contener una muesca.

En general, se deja caer un péndulo pesado, de cierta altura, sobre la probeta previamente fijada, logrando con esto una disminución de la altura final del péndulo. Teniendo en cuenta las alturas, se determina la diferencia de energía, que corresponde a la energía del impacto (para Charpy en J y para Izod en J/m).

En la figura 7. La diferencia entre los dos tipos de ensayos mencionados anteriormente.

Figura 7. Ensayo de impacto tipo Charpy y Izod, con algunos dimensionamientos de las probetas.

1.4.3 Conclusión

Teniendo en cuenta la resistencia al impacto de un material se puede determinar la temperatura de transición en la cual el material pasa de dúctil a frágil.

A demás de lo anterior, se puede concluir que a medida que la temperatura disminuye, también lo hará la resistencia al impacto, como se puede apreciar en la figura 8.

Figura 8. Resultado den un ensayo de impacto Izod para un polímero termoplástico.