Multivariate Analysis

El ensayo de tensión determina la resistencia de un metal para resistir la acción de las fuerzas externas sin romperse. La prueba de tensión es un método para determinar el comportamiento de un metal bajo una carga de estiramiento real. Esta prueba proporciona el límite elástico, el alargamiento, el punto de rotura, el esfuerzo máximo , esfuerzo de cedencia y la reducción en el área. La Fig. 12 muestra un arreglo del ensayo de tensión.

Figura 12. Ensayo de tensión.

Diagrama de esfuerzo-deformación.

En la figura 12 se muestra un dispositivo de prueba, una probeta típica tiene un diámetro de 0.505" y una longitud de calibración de 2". La probeta se fija en la máquina de ensayo y se aplica una fuerza F, llamada carga. Un extensómetro se utiliza para medir el alargamiento de

la probeta entre las marcas de calibración cuando se le aplica la fuerza.

Esfuerzo y deformación de uso en ingeniería.

Los resultados de un ensayo simple pueden aplicarse a todos los tamaños y formas de probeta para un material dado, si se transforma la fuerza a esfuerzo y la distancia entre las marcas de calibración a deformación. El esfuerzo y deformación ingenieriles se definen mediante:

La curva esfuerzo deformación ingenieril (Fig. 13) se usa para registrar los resultados de un ensayo de tensión.

Deformación elástica y deformación plástica.

Cuando se aplica una fuerza a una probeta, los enlaces entre átomos se estiran y el material se alarga. Cuando se retira la fuerza, los enlaces regresan a su longitud original y la probeta vuelve a su tamaño inicial. La deformación del metal en esta porción elástica, de la curva esfuerzo-deformación no es permanente. Si las fuerzas son mayores el material se comporta de una manera plástica. Cuando se incrementa el esfuerzo, ocurre deslizamiento y el material comienza a deformarse plásticamente. Esta deformación es permanente. El esfuerzo en que se inicia el deslizamiento es el punto que delimita los comportamientos elástico y plástico.

Esfuerzo de fluencia: Es aquel en el que el deslizamiento se hace notorio e importante. Si se

diseña un componente que deba soportar una fuerza durante su uso, debe asegurarse que no se deformará plásticamente. Al fabricar piezas o componentes mediante cierto proceso de deformación, el esfuerzo aplicado debe exceder el esfuerzo de fluencia para producir un cambio permanente en la forma del material.

Módulo de elasticidad (Módulo de Young):

Es la pendiente de la curva esfuerzo-deformación en la región elástica.

Ductilidad: Mide el grado de deformación que un material puede soportar sin romperse.

Existen dos procedimientos para medir la ductilidad:

1. Medir la distancia entre las marcas hechas en la probeta antes y después del ensayo. El % de alargamiento o elongación expresa la distancia que se estira una probeta antes de su ruptura.

2. Medir el cambio porcentual del área de la sección transversal en el punto de fractura antes y después de la prueba. El % de adelgazamiento o reducción de área describe la

d elasticida de Módulo     E 100 Elongación 0 0    l l lf

disminución del área transversal que experimenta la probeta durante la prueba de ruptura.

100

área

de

Reducción







A

A

A

El comportamiento esfuerzo-deformación de materiales frágiles comparado con materiales dúctiles se observa en la Fig. 14.

Figura 14. Comparación del comportamiento del ensayo de tensión en materiales frágiles y dúctiles.

3.2 DUREZA

Se define como la resistencia del metal a una penetración local por otro objeto más duro o identador. Se mide introduciendo una punta de diamante ó bola de acero endurecido en una superficie de la muestra, bajo un peso definido en una máquina de prueba de dureza (Figs. 15 y 16).

Figura 15. Durómetro Rockwell Figura 16. Penetradores para ensayos de dureza Brinell y Rockwell.

La elección del método de prueba depende principalmente del tamaño de la muestra disponible y del propósito último de la prueba, pero las de uso mas común son los ensayos Rockwell y Brinell.

En el ensayo de dureza Brinell, una esfera de acero duro (por lo general de 10 mm de diámetro), se oprime sobre la superficie del material. Se mide el diámetro de la impresión generada, comúnmente de 2 a 6 mm. Y se calcula el número de dureza o índice de dureza Brinell (abreviado con HB o BHN) a partir de la ecuación siguiente:

HB = F/[( /2)D(D - D – D)

Donde:

F es la carga aplicada en Kilogramos, D es el diámetro del penetrador en mm, y D es el

diámetro de la impresión en mm.

El ensayo de dureza Rockwell utiliza una pequeña bola de acero para materiales blandos y un cono de diamante para materiales más duros. La profundidad de la penetración es medida automáticamente por el instrumento y se convierte a índice de dureza Rockwell (HR). Se utilizan diversas variantes del ensayo Rockwell, por ejemplo, la escala Rockwell C (HRC) se utiliza para aceros duros, en tanto que para medir la dureza del aluminio se selecciona la escala Rockwell F (HRF).

Los ensayos Vickers (HV) y Knoop (HK) son pruebas de microdureza: producen penetraciones tan pequeñas que se requiere de un microscopio para obtener su medición. Los índices de dureza se utilizan principalmente como base de comparación de materiales; de sus especificaciones para la manufactura y tratamiento térmico, para el control de calidad y para efectuar correlaciones con otras propiedades de los mismos. Por ejemplo, La dureza Brinell está relacionada estrechamente con la resistencia a la tensión del acero mediante la relación siguiente.

Resistencia a la tensión (psi) = 500 (HB)

Se puede obtener un índice de dureza Brinell en unos cuantos minutos sin preparar ni destruir el componente; y obteniendo una buena aproximación de su resistencia a la tensión.

La dureza se relaciona con la resistencia al desgaste. Un material que se utiliza para fragmentar o para moler mineral debe ser muy duro para asegurarse de que no se desgastará o sufrirá abrasión debido a los duros materiales que maneja. De una manera similar, los dientes de los engranes en la transmisión o en el sistema impulsor de un vehículo deberán ser lo suficientemente duros para que no se desgasten. Generalmente se encuentra que los materiales poliméricos son excepcionalmente blandos, los metales son de una dureza intermedia y los cerámicos son excepcionalmente duros.