ENSAYO TENSIÓN

Se denomina tensión a la magnitud física que representa la fuerza por unidad de área en el entorno de un punto material sobre una superficie real o imaginaria de un medio continuo. Es decir posee unidades físicas de presión.

PROPIEDADES OBTENIDAS EN EL ENSAYO DE LA TENSIÓN

·         Tensión mecánica, es la fuerza interna aplicada, que actúa por unidad de superficie o área sobre la que se aplica.

·      Tensión eléctrica o voltaje, en electricidad, es el salto de potencial eléctrico o la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito.

·        Tensión superficial de un líquido, es la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de volumen.

·         Tensión de vapor, en termodinámica, es la presión de vapor.

ENSAYO DE FLEXIÓN PARA MATERIALES FRÁGILES

El ensayo de flexión se basa en la aplicación de una fuerza al centro de una barra soportada en cada extremo, para determinar la resistencia del material hacia una carga estática o aplicada lentamente. En muchos materiales frágiles no se puede efectuar con facilidad en ensayo de tensión debido a la presencia de defectos de superficie.

Módulo de elasticidad: Es una medida de rigidez de un materia; depende de la fuerza de los enlaces inter-atómicos y de la composición, y no depende mucho de la micro-estructura, se calcula en la región elástica.

Resistencia a la flexión: Esfuerzo necesario para romper una espécimen de un ensayo de flexión.

  

ENSAYO DE IMPACTO

El ensayo de impacto se lleva a cabo para determinar el comportamiento de un material a velocidades de deformación más elevadas. Los péndulos de impacto clásicos determinan la energía absorbida en el impacto por una probeta estandarizada, midiendo la altura de elevación del martillo del péndulo tras el impacto. Generalmente se aplican varios métodos de ensayo:

• Charpy (ISO 179-1, ASTM D 6110)
• Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508) y 'unnotched cantilever beam impact' (ASTM D 4812)
• Ensayo tracción por impacto (ISO 8256 y ASTM D 1822)
• Dynstat ensayo flexión por impacto (DIN 53435)

Dentro de la norma ISO 10350-1 para valores característicos de punto único, el método de ensayo preferido es Charpy de acuerdo con la norma ISO 179-1. Para ello, el ensayo se realiza en probetas no entalladas con impacto en el lado estrecho (1eU). Si la probeta no se rompe en esta configuración, el ensayo se realizará con probetas entalladas, aunque en este caso, los resultados no son directamente comparables. Si todavía no se llega a la rotura de la probeta, se aplicará el método de tracción por impacto.

En el marco de las normas ASTM, el método Izod según la ASTM D 256 es el más corriente. En este caso, se emplean siempre probetas entalladas. Un método de aplicación menos común es el "unnotched cantilever beam impact" descrito en la norma ASTM D 4812. Este método es parecido al procedimiento Izod, pero con probetas no entalladas. En el caso de que sólo se puedan producir probetas pequeñas, se puede proceder por el método "Chip-impact", de acuerdo con la ASTM D 4508.

El procedimiento Charpy tiene una amplia gama de aplicaciones y es el más adecuado para el ensayo de materiales que presentan rotura por cizallamiento interlaminar o efectos de superficie. Además, el método Charpy ofrece ventajas en los ensayos a baja temperatura, ya que los apoyos de la probeta se encuentran más alejados de la entalladura y evitan, de este modo, una rápida transmisión de calor a las partes críticas de la probeta.

Algunos fabricantes de automóviles alemanes emplean para el ensayo de probetas pequeñas el método flexión por impacto Dynstat. Este método se describe solamente en la DIN.

De acuerdo con ISO, un martillo se puede emplear en un rango del 10 al 80% de su energía potencial nominal. ASTM permite hasta un 85%.

La diferencia principal entre ISO y ASTM reside en la selección del tamaño del martillo. Según ISO, hay que emplear siempre el martillo más grande posible, a pesar de que la cobertura de rangos es a veces mínima. Esta exigencia se basa en el supuesto de que la pérdida de velocidad al romper la probeta se tiene que mantener en un mínimo. El martillo estándar descrito en ASTM tiene una energía potencial nominal de 2,7 julios, todas las demás magnitudes se obtienen multiplicando por dos. En este caso, se ha de seleccionar el martillo más pequeño del rango para el ensayo.

TENACIDAD A LA FRACTURA

El ensayo de fractura tiene por objetivo determinar las condiciones críticas que permiten la fractura súbita de una pieza que se somete a tensiones uniaxiales. El ensayo de fractura es básicamente igual al de tracción con la variación de la forma de la probeta y de los resultados buscados. Así pues, la máquina de ensayo es una prensa hidráulica con las mismas características de la de tracción y con registro de los parámetros: a) fuerzas aplicadas, b) dimensión de grieta de la probeta.
La probeta del ensayo a fractura se indica en la figura 2.35, así como su montaje en las mordazas de la prensa de tracción.
La probeta, según norma ASTM E399-81, dispone de una muesca mecanizada y una ampliación de la grieta, conseguida mediante fatiga axial, lo que define una dimensión de grieta inicial de ensayo de un valor "a".

La actuación de fuerzas axiales, F, origina el crecimiento de la grieta "a" en primera fase de forma estable, pues aquella crece en relación con el crecimiento de las fuerzas, y por último de forma inestable o súbita, pues la pieza se rompe a velocidad del orden de la del sonido.
La causa del avance de la grieta es el incremento de tensiones existente en el fondo de la grieta con relación a las tensiones nominales inducidas por la fuerza F. Una representación de estos aumentos de tensión se observa en la figura 2.36.
La intensidad de la tensión en el extremo de la grieta, causa de su crecimiento, es función tanto de la tensión nominal, s, como de la dimensión de la grieta existente, "a". Se define un parámetro indicador de la intensidad de tensiones, denominado factor de intensidad de tensiones KIC, definido por la expresión:

(2.40)

que observa el comportamiento característico cuando se alcanzan las condiciones críticas, crecimiento inestable de la grieta, cuando se alcanza el valor máximo ac para una tensión aplicada de rotura, sc, o de la invariancia de ésta, factor que denominamos como KIC o también tenacidad de fractura. En este supuesto se cumple:

(2.41)

ENSAYO DE FATIGA

Se define que un material trabaja a fatiga cuando soporta cargas que varían cíclicamente con el tiempo. Si en los ensayos estáticos, tracción y fluencia, podía aproximarse que dF/dt = 0, en fatiga dF/dt ¹0 en cualquier momento del servicio.

El ensayo de fatiga tiene por objetivo analizar las características resistentes de los materiales cuando trabajan bajo cargas variables. Entre los parámetros fundamentales que califican el comportamiento característico ante la fatiga de los materiales están:

A -	La cinética de la carga aplicada en el tiempo.
B -	Tipo de tensiones engendradas en la pieza, como consecuencia de la aplicación de la carga. Entre ellas citaremos: Axiales originadas por tracción o compresión. Axiales originadas por flexiones. Cortantes causadas por torsión. Combinadas.
C -	Tipo de trabajo característico del conjunto de la pieza en la máquina. Entre ellos citamos: Tracción. Flexión plana. Flexión rotativa. Torsión.

El tipo de trabajo, tipo de tensiones y cinética de la carga determina una gran variedad de ensayos de fatiga.

El ensayo de fatiga más universal, por la sencillez de la máquina de ensayo, es el de flexión rotativa, que se representa en la figura 2.9. Consiste en un motor que arrastra un eje giratorio, sobre el que se monta una probeta que queda en voladizo. Sobre este extremo volado, gravita una carga P, la que se mantiene sin giro por el rodamiento que las liga.

La máquina para ensayos de fatiga debe permitir el control y registro de los parámetros de ensayo, siguientes:

	Cargas aplicadas, F.
	Contador de vuelta de la probeta, n.
	Velocidad angular, rpm.

Un procedimiento de ensayo de fatiga típico sería el siguiente:

a)	Elaborar probetas cilíndricas de acero AE 275 para ensayos de fatiga de flexión rotativa, según norma UNE 7118.
b)	Calcular la carga Fi que induce tensiones axiales si en la generatriz de la probeta en su sección de empotramiento, S, del orden de x% del límite elástico Le. Considerar el valor obtenido en el ensayo de tracción.
c)	Someter la probeta a tensiones si, mediante la carga Fi, controlando, mediante paradas secuenciales, la iniciación de la grieta de fatiga. Registrar los ciclos ngi que determinan la iniciación de esta grieta.
d)	Proseguir el ensayo registrando, mediante paradas secuenciales, el tamaño de la grieta y el número de ciclos nci transcurridos hasta la aparición de la fractura total.
e)	Observar las fracturas de fatiga.
f)	Realizar esta secuencia para las cargas Fi que inducen tensiones de 30, 40, 50, 60 y 80% del límite elástico, Le.

 ENSAYO DE TERMOFLUENCIA

La termofluencia es la deformacion de tipo plastico que puede sufrir un material cuando se somete a temperatura elevada y durante largos periodos, aun cuando la tension o esfuerzo aplicado sea menor que su coeficiente de resistencia a la fluencia.

Se mide la deformacion unitaria en fusion del tiempo y se grafica la curva de termofluencia. A la hora de el ensayo los parametros en los que nos fijamos son dos:

·         La velocidad  de fluencia transitoria

·         El tiempo de ruptura, T

El tiempo necesario para que se presente la falta de TIEMPO DE RUPTURA. El tiempo de ruptura se reduce a mayor esfuerzo o a mayor temperatura.

Para que un material sea resistente a la termofluencia el primer requisito sería tener una alta temperatura de fusión o que se trate de un material compuesto en el que dicha propiedad se halla visto mejorado exponencialmente.

PROPIEDADES DE LA MATERIA

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UNIDAD II: PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Son el conjunto de características que hacen que el material se comporte de una manera determinada ante estímulos externos como la luz, el calor, las fuerzas, etc.


PROPIEDADES ELÉCTRICAS:


Determinan el comportamiento de un material cuando pasa por el la corriente eléctrica.

   Una propiedad eléctrica es la llamada conductividad, que es la propiedad que tienen los materiales para transmitir la corriente eléctrica. En función de ella los materiales pueden ser:

   Conductores : Lo son si permiten el paso de la corriente fácilmente por ellos

   Aislantes: Lo son si no permiten fácilmente el paso de la corriente por ellos.


Semiconductores : se dicen que son semiconductores si solo permiten el paso de la corriente por ellos en determinadas condiciones. (Por ejemplo si son conductores a partir de una temperatura determinada y por debajo de esa temperatura son aislantes).



PROPIEDADES MAGNÉTICAS:

Ponen de manifiesto el comportamiento frente a determinados metales.

Magnetismo: es la capacidad de atraer a otros materiales metálicos.

 

PROPIEDADES TÉRMICAS:

Determinan el comportamiento de los materiales frente al calor.

Conductividad térmica: es la propiedad de los materiales de transmitir el calor, produciéndose, lógicamente una sensación de frió al tocarlos. Un material puede ser buen conductor térmico o malo.

Fusibilidad: facilidad con que un material puede fundirse (pasar de líquido a solido o viceversa).

Soldabilidad: facilidad de un material para poder soldarse consigo mismo o con otro material. Lógicamente los materiales con buena fusibilidad suelen tener buena soldabilidad.

Dilatación: es el aumento de tamaño que experimenta un material cuando se eleva su temperatura.

   

UNIDAD 2: Control de las microestructuras y las propiedades de los materiales

CAPILTULO I: Diagramas de equilibrio e fases

SUSTANCIAS PURAS

Tipo de materia que está formada por átomos o moléculas todas iguales. A su vez estas se clasifican en sustancias puras simples y compuestos químicos. Para definir estos dos tipos de sustancias puras hay dos formas. Empecemos por la primera.

SOLUCIONES SOLIDAS

 Son muy pocos los metales que se utilizan de forma pura o casi pura, pues la mayoría de ellos se combinan con otros metales o no metales para conseguir materiales de mayor dureza, resistencia mecánica, resistencia a la corrosión u otras propiedades. Estos materiales se conocen con el nombre de aleaciones.

Las soluciones sólidas pueden ser de dos tipos
— De sustitución, cuando algunos átomos de la red cristalina del metal se encuentran sustituidos por átomos de otro metal diferente.
— De inserción, cuando en los espacios interatómicos de la red cristalina de un metal se introducen átomos extraño.


DIAGRAMAS BINARIOS

Estos diagramas contrario a los de las sustancias puras, se realizan entre temperatura y composición, dejando la presión constante, es decir la regla de

gibbs para estos será P+F=C+1.

La característica de un sistema binario es que muestra las fases formadas para diferentes muestras de dos elementos o dos compuestos en un rango de temperaturas.

ORGANIZACIÓN ATÓMICA

Estructura de los átomos

Los átomos están constituidos de trespartículas subatómicas:protones, neutronesyelectrones.El modelo más simple:núcleo(10exp-14 m de diámetro)nube de electrones poco dispersa y dedensidad variable(10exp-10 m de diámetro)

El núcleo toda la masa del átomo

La nube de electrones todo elvolumen del átomo

Los electrones, particularmente los más externos, determinan la mayor parte de las propiedades eléctricas,mecánicas, químicas y térmicas de los 

átomos”  

NIVELES DE ORDENAMIENTO ATOMICO

En este ejercicio de estructura atómica determinaremos, en primer lugar, los números cuánticos que corresponden a una serie de orbitales atómicos. Recordemos que un orbital atómico queda perfectamente definido con  los tres primeros números cuánticos, n, l y m, ya que el cuarto número cuántico, s, define el electrón. Esto puedes repasarlo en la teoría de orbitales atómicos y números cuánticos

Una vez determinados los números cuánticos, usaremos el diagrama de Moeller para ordenar dichos orbitales de menor a mayor energía:

CELDAS UNITARIAS

orden y Desorden

En los materiales cristalinos, las partículas componentes muestran un ordenamiento regular que da como resultado un patrón que se repite en las tres dimensiones del espacio, y a lo largo de muchas distancias atómicas. Los sólidos cristalinos poseen internamente un orden de largo alcance. La situación en un cristal es tal que el entorno de un determinado tipo de átomo siempre es el mismo (los mismos átomos vecinos y a idénticas distancias).

En los materiales amorfos, los átomos siguen un ordenamiento muy localizado, restringido a pocas distancias atómicas y que, por tanto, no se repite en las tres dimensiones del espacio. Se habla de un orden local o de corto alcance. En la siguiente figura se ilustran los conceptos de largo y corto alcance, en un esquema bidimensional.

Ilustración de los conceptos: (izq.) de orden de largo alcance y (dcha.) de corto alcance. Obsérvese cómo en este último el orden sólo se restringe a ciertas zonas. Los puntos pueden representar un átomo, una molécula o un grupo de átomos o moléculas.

Aunque la mayor parte de los materiales metálicos son cristalinos en condiciones ordinarias, algunos de ellos se tornan amorfos cuando solidifican bruscamente a partir del estado líquido. Los materiales cerámicos pueden ser cristalinos (como el diamante), pero también pueden ser amorfos (como, por ejemplo, los vidrios de ventana). En general, la no cristalinidad en los cerámicos no exige velocidades de enfriamiento tan severas como en el caso de los metales, y puede obedecer a razones muy complejas. Los materiales moleculares suelen ser cristalinos, y los materiales poliméricos son inherentemente no cristalinos, aunque algunos de ellos pueden mostrar cierto grado de cristalinidad, nunca completo.

Una evidencia simple del carácter cristalino de algunos materiales es la propia forma externa de dichos materiales. Dicha forma a menudo sugiere que el material se ha construido adicionando bloques elementales idénticos, lo que delata un orden interno, algo que ya fue intuido por los mineralogistas del siglo XVIII. Por ejemplo, aunque no todas las caras de un cristal de cuarzo tienen la misma longitud, los ángulos que forman entre sí son exactamente iguales a 120º. Esto hace pensar que el bloque constructivo de ese cristal es hexagonal. La geometría interna de un cristal de cloruro sódico también queda evidenciada por su forma externa.. Nuevamente, el cristal no es un cubo perfecto, pero las caras son exactamente perpendiculares entre sí, lo que sugiere un bloque elemental cúbico.

ESTRUTURA COVALENTE

entre dos átomos se produce cuando estos átomos se unen, para alcanzar el octeto estable, compartiendoelectrones del último nivel¹ (excepto el Hidrógeno que alcanza la estabilidad cuando tiene 2 electrones). La diferencia de electronegatividad entre los átomos no es lo suficientemente grande como para que se produzca una unión de tipo iónica. Para que un enlace covalente se genere es necesario que la diferencia de electronegatividad entre átomos sea menor a 1,7.

De esta forma, los dos átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital, denominado orbital molecular. Los enlaces covalentes se producen entre átomos de un mismo elemento no metal y entre distintos elementos no metales.

Cuando átomos distintos no metales se unen en forma covalente, uno de ellos resultará más electronegativo que el otro, por lo que tenderá a atraer la nube electrónica del enlace hacia su núcleo, generando un dipolo eléctrico. Esta polarización permite que las moléculas del mismo compuesto se atraigan entre sí por fuerzas electrostáticas de distinta intensidad.

Por el contrario, cuando átomos de un mismo elemento no metálico se unen covalentemente, su diferencia de electronegatividad es cero y no se crean dipolos. Las moléculas entre sí poseen prácticamente una atracción nula.

En síntesis, en un enlace iónico, se produce la transferencia de electrones de un átomo a otro y en el enlace covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos átomos. En el enlace covalente, los dos átomos no metálicos comparten uno o más electrones, es decir, se unen a través de sus electrones en el último orbital, el cual depende del número atómico en cuestión. Entre los dos átomos pueden compartirse uno, dos o tres pares de electrones, lo cual dará lugar a la formación de un enlace simple, doble o triple respectivamente. En la estructura de Lewis, estos enlaces pueden representarse por una pequeña línea entre los átomos.