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.