INTRODUCCION
Esta sección se encontrara con el análisis completo de dos aceros: el SAE 1015 (acero al Carbono con 0,15 % C) y el SAE 1045 (acero al Carbono con 0,45 % C).. Comprobaremos el comportamiento del acero sometido a solicitaciones distintas, el de mayor % de C, debido a sus características soporta tensiones más elevadas en los distintos tipos de ensayos [Ensayo de Tracción, Compresión, Flexión y Corte] y además tiene, indudablemente, deformaciones menores que su similar. La dureza va en incremento con el % de C lo que implica una diferencia a favor del SAE 1045 [Ensayo de Dureza]. Sometido a grandes deformaciones estáticas [Ensayo de plegado], no hay grandes discrepancias ya que la diferencia de % de C de su estructura no es grande como para hablar de un material dúctil y otro frágil, pero si, la hora de evaluar la energía necesaria para producir la ruptura [Ensayo de Impacto] los valores son mayores para el material más tenaz como el de menor % de C. En la solicitación dinámica [Ensayo de Fatiga] el acero SAE 1045 soportar más número de ciclos que el SAE 1015 aún con tensiones más elevadas. El trabajo esta completado con un Análisis Químico completo y un Examen Metalográfico para saber con certeza con que materiales trabajamos.
TRACCIÓN
Un cuerpo se encuentra sometido a tracción simple cuando sobre sus secciones transversales se le aplican cargas normales uniformemente repartidas y de modo de tender a producir su alargamiento.
Por las condiciones de ensayo, el de tracción estática es el que mejor determina las propiedades mecánicas de los metales, o sea aquella que definen sus características de resistencia y deformabilidad.
Cuando la probeta se encuentra bajo un esfuerzo estático de tracción simple a medida que aumenta la carga, se estudia esta en relación con las deformaciones que produce. Estos gráficos, permiten deducir sus puntos y zonas características revisten gran importancia, dicho gráfico se obtiene directamente de la máquina.
Un caso típico es el diagrama que nos presenta el gráfico de un acero dúctil indicado en la figura, en donde el eje de las ordenadas corresponde a las cargas y el de la abscisas al de las deformaciones longitudinales o alargamientos en milímetros. 1) Periodo elástico
Se observa en el diagrama que el comienzo, desde el punto O hasta el A, esta representado por una recta que nos pone de manifiesto la proporcionalidad entre los alargamientos y las cargas que lo producen (Ley de Hooke). Dentro de este periodo y proporcionalmente hasta el punto A, los aceros presentan la particularidad de que la barra retoma su longitud inicial al cesar la aplicación de la carga, por lo que recibe indistintamente el nombre de periodo de proporcionalidad o elástico.
2) Zona de alargamiento seudoelástico
Para el limite proporcional se presentan un pequeño tramo ligeramente curvo AB, que puede confundirse prácticamente con la recta inicial, en el que los alargamientos elásticos se les suma una muy pequeña deformación que presenta registro no lineal en el diagrama de ensayo.
3) Zona de fluencia o escurrimiento
El punto B marca el inicio de oscilaciones o pequeños avances y retrocesos de la carga con relativa importante deformación permanente del material. Las oscilaciones en este periodo denotan que la fluencia no se produce simultánea mente en todo el material, por lo que las cargas se incrementan en forma alternada, fenómeno que se repite hasta el escurrimiento es total y nos permite distinguir los “limites superiores de fluencia”. El límite elástico aparente puede alcanzar valores de hasta el 10 al 15 % mayor que el límite final de fluencia.
4) Zona de alargamiento homogéneo en toda la probeta.
Más allá del punto final de fluencia C, las cargas vuelven a incrementarse y los alargamientos se hacen más notables, es decir que ingresa en el período de las grandes deformaciones, las que son uniformes en todas las probetas hasta llegar a D, por disminuir, en igual valor en toda la longitud del material, la dimensión lineal transversal. El final de período de alargamiento homogéneo queda determinado por la carga máxima, a partir de la cual la deformación se localiza en una determinada zona de la probeta, provocando un estrechamiento de las secciones que la llevan a la rotura, al período DE se lo denomina de estricción. En la zona plástica se produce, por efecto de la deformación, un proceso de endurecimiento, conocido con el nombre de “ acritud “, que hace que al alcanzar el esfuerzo la resistencia del metal, éste al deformarse adquiere más capacidad de carga, lo que se manifiesta en el gráfico hasta el punto D.
5) Zona de estricción
En el período de estricción, la acritud, si bien subsiste, no puede compensar la rápida disminución de algunas secciones transversales, produciéndose un descenso de la carga hasta la fractura.
Las probetas para los ensayos de tracción pueden ser: industriales o calibradas; estas últimas, se emplean en experiencias más rigurosas y adoptan formas perfectamente cilíndricas o prismáticas, con extremos ensanchados, no solo para facilitar su sujeción en la máquina de ensayo, sino para asegurar la rotura dentro del largo calibrado de menor sección; en la cual se marcan los denominados “Puntos fijos de referencia” a una distancia inicial preestablecida (lo), que permitirá después de la fractura, juntando los trozos, determinar la longitud final entre ellos (L).
raíz cuadrada de la sección.
El plegado a temperatura ambiente es un ensayo tecnológico derivado del de flexión, se realiza para determinar la ductilidad de los materiales metálicos (de él no se obtiene ningún valor específico).
Este ensayo es solicitado por las especificaciones en la recepción de aceros en barras y perfiles, para la comprobación de la tenacidad de los mismos y después de haber sido sometido al tratamiento térmico de recocido. El material se coloca entre los soportes cilíndricos, aplicando la carga lentamente hasta obtener el ángulo de plegado especificado para el mismo, o bien cuando se observa la aparición de las primeras fisuras en la cara inferior o la sometida a tracción.
La luz entre los bordes de los apoyos se toma aproximadamente igual al diámetro del elemento transmisor del esfuerzo, más tres veces el espesor del material.
L = d + 3 D
Generalmente el plegado se obtiene en dos etapas y se realiza con un ángulo de 180º.
1º- Colocando el material en el dispositivo anterior se efectúa el flexionamiento hasta un determinado ángulo.
2º-Se termina la operación con los platos de compresión hasta lograr un ángulo de 180º.
El ensayo dará resultado satisfactorio o, en otras palabras, el material será aceptado “ si no presenta sobre su parte estirada grietas o resquebrajaduras a simple vista.
ENSAYO DE PLEGADO
Se realiza sobre las probetas que fueron sometidas a flexión.
Para el calculo de la longitud de los rodillos de apoyo se utiliza la siguiente ecuación:
L = D + 3.d
Siendo “D” el diámetro del rodillo que aplica la carga y “d”, el diámetro de la probeta.
L = 76,2 mm + 3,13 mm =
En la máquina de ensayo Baldwin (ver foto 3) se realizó la primera etapa de plegado hasta un ángulo superior a 90º y luego sometido a una prensa y se terminó en un plegado con forma de “U”. Al observar ambas probetas vemos que no presenta en su parte estirada grietas y tampoco resquebrajaduras a simple vista, o sea que ambos materiales (SAE 1015 y SAE 1045) son aptos para hacer plegados.
En elementos sometidos a efectos exteriores instantáneos o variaciones bruscas de las cargas, las que pueden aparecer circunstancialmente, su falla se produce generalmente, al no aceptar deformaciones plásticas o por fragilidad, aun en aquellos metales considerados como dúctiles. En estos casos es conveniente analizar el comportamiento del material en experiencias de choque o impacto.
El ensayo de tracción estático nos da valores correctos de la ductilidad de un metal, no resulta preciso para determinar su grado de tenacidad o fragilidad, en condiciones variables de trabajo.
Los ensayos de choque determinan, pues, la fragilidad o capacidad de un material de absorber cargas instantáneas, por el trabajo necesario para introducir la fractura de la probeta de un solo choque, el que se refiere a la unidad de área, para obtener lo que se denomina resiliencia. Este nuevo concepto, tampoco nos ofrece una propiedad definida del material, sino que constituye un índice comparativo de su plasticidad, con respecto a las obtenidas en otros ensayos realizados en idénticas condiciones, por lo que se debe tener muy en cuenta los distintos factores que inciden sobre ella.
Resumiendo diremos que el objeto del ensayo de choque es el de comprobar si una maquina o estructura fallará por fragilidad bajo las condiciones que le impone su empleo, muy especialmente cuando las piezas experimentan concentración de tensiones, por cambios bruscos de sección, maquinados incorrectos, fileteados, etcétera, o bien verificar el correcto tratamiento térmico del material ensayado.
MÉTODO DE ENSAYO.
Los ensayos dinámicos de choque se realizan generalmente en máquinas denominadas péndulos o martillo pendulares, en las que se verifica el comportamiento de los materiales al ser golpeados por una masa conocida a la que se deja caer desde una altura determinada, realizándose la experiencia en la mayoría de los casos, de dos maneras distintas el método Izod y el método Charpy. En ambos casos la rotura se produce por flexionamiento de la probeta, por lo que se los denomina flexión por choque.
FLEXIÓN POR CHOQUE SOBRE BARRAS SIMPLEMENTE APOYADAS (MÉTODO CHARPY)
Con la finalidad de que el material esté actuando en las más severas condiciones, el método Charpy utiliza probetas ensayadas (estado triaxial de tensiones) y velocidades de deformación de
Las probetas se colocan, como muestra la figura siguiente, simplemente apoyadas sobre la mesa de máquina y en forma tal que la entalladura se encuentra del lado opuesto al que va a recibir el impacto. En la misma figura se puede observar la correcta posición del material como así también la forma y dimensiones de los apoyos y de la pena del martillo pendular.
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Las I.R.A.M aconsejan realizar el ensayo de choque por el método Charpy, con el empleo de probetas entalladas aprobadas por I.S.O (Internacional Standard Organización, ex I.S.A) que tienen las dimensiones indicadas en la figura.
La resiliencia al choque resulta, según este método, el trabajo gastado por unidad de sección transversal para romper al material de un solo golpe:
En el método Izod la probeta se coloca en voladizo y en posición vertical, siendo asegurada por la mesa de apoyo de modo tal que la entalladura quede en el plano de las mordazas; en estas condiciones el extremo del martillo golpea al material a 22mm de las mismas, como indica la figura anterior, pudiendo realizarse más de un ensayo sobre la misma probeta, también puede construirse de sección circular, que presenta la ventaja de que permite determinar la energía de rotura sobre caras o generatrices opuestas y a diferentes profundidades de la muestra.
El comportamiento de los materiales queda definido por su estructura. a nivel microscópico, la estructura electrónica de un átomo determina la naturaleza de los enlaces atómicos que a su vez contribuye a fijar las propiedades de un material dado.
En forma general, las propiedades se separan para su estudio en dos grandes ramas: propiedades físicas y propiedades mecánicas.
Propiedades mecánicas: Describen la forma en que un material soporta fuerzas aplicadas, incluyendo fuerzas de tensión, compresión, impacto, cíclicas o de fatiga, o fuerzas a altas temperaturas. A continuación, se definen las que mencionaremos más adelante:
- Tenacidad: Es la propiedad que tienen ciertos materiales de soportar, sin deformarse ni romperse, los esfuerzos bruscos que se les apliquen.
- Elasticidad: Consiste en la capacidad de algunos materiales para recobrar su forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que había determinado su deformación.
- Dureza: Es la resistencia que un material opone a la penetración.
- Fragilidad: Un material es frágil cuando se rompe fácilmente por la acción de un choque.
- Plasticidad: Aptitud de algunos materiales sólidos de adquirir deformaciones permanentes, bajo la acción de una presión o fuerza exterior, sin que se produzca rotura.
- Ductibilidad: Considerada una variante de la plasticidad, es la propiedad que poseen ciertos metales para poder estirarse en forma de hilos finos.
- Maleabilidad: Otra variante de la plasticidad, consiste en la posibilidad de transformar algunos metales en láminas delgadas.
Las anteriores propiedades mecánicas se valoran con exactitud mediante ensayos mecánicos:
- Ensayo de tracción: Ofrece una idea aproximada de la tenacidad y elasticidad de un material.
- Ensayos de dureza: Permiten conocer el grado de dureza del material.
- Ensayos al choque: Su práctica permite conocer la fragilidad y tenacidad de un material.
- Ensayos tecnológicos: Ponen de manifiesto las características de plasticidad que posee un material para proceder a su forja, doblado, embutido, etc.
Propiedades físicas: Dependen de la estructura y procesamiento del material. Describen características como color, conductividad eléctrica o térmica, magnetismo y comportamiento óptico, generalmente no se alteran por fuerza que actúan sobre el material. Pueden dividirse en : eléctricas, magnéticas y ópticas.
En capítulos posteriores estudiaremos por separado estos grupos y las definiciones de las distintas propiedades que los conforman.
