4. Propiedades Mecanicas y Tecnologicas 2014

8/15/2019 4. Propiedades Mecanicas y Tecnologicas 2014

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Ing. Norberto D. Ñique G.

ropiedades mecánicas y

tecnológicas


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Etapas de un proceso siderúrgico


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Formas comerciales más habituales de materiales metálicos son:

Largos: Barras cuadradas, redondas , alambres, tubos etc.


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Planos: Superficies de diferentes espesores, las más finas sedenominan chapas.


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Perfiles: Barras con formas especiales: en U, T, triangular, etc.

Lingotes: bloques obtenidos al vaciar metal líquido en un molde.


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Comportamiento mecánico es la respuesta del material a las solicitaciones mecánicasa que se lo somete (cargas externas).

Este comportamiento se evalúa o cuantifica mediante una serie de atributos quesurgen de diferentes tipos de ensayos, éstas son las denominadas genéricamentepropiedades mecánicas.Las propiedades mecánicas de los materiales se determinan por medio deexperimentos efectuados en pequeñas probetas; los que se realizan en laboratorios

equipados con maquinas de prueba, capaces de cargar en tensión o compresión

Comportamiento mecánico

En general las propiedades mecánicas noson intrínsecas del material sino que tambiéndependen de la geometría de la probeta opieza ensayada y de ciertos parámetrosexternos al material como:

Composición químicaTemperatura

Proceso de fabricaciónImperfecciones cristalinas

Velocidad de aplicación de la cargaEstado de tensión

Cargas cíclicas etc.


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Aplicación

de carga

Deformación

Fisuración yRotura

Elástica

Anelástica

Plástica

Viscoplástica

(creep)

Elásticas (E, G, )

Fricción interna,capacidad deamortiguamiento

Resistencia, ductilidad,

dureza, resistencia a lafatiga, tenacidad, etc.

Solicitación Respuesta Comportamiento Propiedades

Resistencia al creep ya la rotura por creep,fatiga-creep.

Tenacidad a la fracturavelocidad de propagación

de fisuras(fatiga).

Pueden ocurrir

ambas cosas


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Propiedades mecánicas básicas

Son el grupo de propiedades más importante pues casi nunca puedenser ignoradas en el diseño mecánico y en la selección de materialespara la mayoría de las aplicaciones en ingeniería.Sólo algunas de estas propiedades se usan cuantitativamente en elcálculo resistencial o dimensionamiento de las piezas y estructuras en

ingeniería: Esfuerzo de fluencia,Resistencia a la tracción,

Resistencia a la fatiga.Otras se usan para evaluar cuantitativamente la integridad estructural

de una pieza o estructura ante la presencia de defectos agudos:Fractotenacidad,Tenacidad a la fractura,

Velocidad de propagación de fisuras por fatiga.


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Finalmente otras propiedades mecánicas se usan sólo comorequerimientos impuestos a los materiales de acuerdo al tipo de

fabricación y servicio, y figuran en las especificaciones que elmaterial debe cumplir. No entran en ningún cálculo dimensional de laestructura ni tampoco sirven para evaluar aspectos cuantitativosdurante la fabricación.

En general, estas son indicadores de que el material posee lacomposición y estructura adecuadas a los requerimientos de servicioy de fabricación , además de garantizar de que no hay defectosgroseros inaceptables en el material.

También pueden usarse para comparar o “rankear ” materiales, o bien

para estudiar los efectos de diferentes procesos (tratamientostérmicos, deformación plástica, tratamientos termomecánicos, etc)sobre los mismos (propiedades iniciales).Por ejemplo, sobre: ductilidad, tenacidad a la entalla.


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Material de estudio:

Suministrado por : Thyssen Steel

Acero Inoxidable endurecido por precipitación PH 17-4

Aplicaciones:

Equipos de procesos químicos, acoplamientos y mecanismos de cierre en vehículosaéreos, ejes de bombeo, componentes de reactores nucleares, engranajes, accesoriosde misiles y de proyectiles teledirigidos, componentes de motores a propulsión achorro, sistemas de transmisión de hélices de aplicación marina, especialmente en

componentes de válvulas en yacimientos petroleros


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Propiedades:

Alta resistencia mecánica, relativamente buena ductilidad y excelente resistencia a lacorrosión.


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Ejemplo típico de los requerimientos mecánicos de una especificación estándarAcero inoxidable PH 17-4


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Composición química

Propiedades mecánicas

Aplicaciones


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Curva carga-desplazamiento

δ- P

A

P


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En una maquina de tracción se obtienen datos respecto de la resistencia a latracción o compresión de un material, produciendo una curva denominada

convencional o de ingeniería. Los parámetros de la curva convencional deesfuerzo-deformación de un acero al carbono, material más usado en la fabricacióno diseño de componentes de maquinaria y estructuras, se muestran en la figura:

Ensayo de tracción


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Maquina de tracción


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Probeta de tracción


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Módulo de Young o elasticidad (E): Constante de proporcionalidad entre tensiónaplicada y deformación resultante dentro del régimen elástico.Tensión o esfuerzo de fluencia (

y): Tensión que produce en el material unadeformación ingenieril permanente del 0.2% [l0]Esfuerzo o tensión último (

UTS): Tensión ingenieril máxima que el material es capaz desoportar. Al alcanzarse esta deformación aparece la estricción.

Curva esfuerzo-deformación


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Propiedades que se miden en un ensayo de tracción

uniaxial con probeta sin entalla

En el ensayo de tracción se somete la probeta a una carga uniaxial.

En general se controla la velocidad de desplazamiento de uno de los cabezales, demodo que la carga se incrementa en la medida que el material se endurece. Una vezque se localiza la deformación se forma un cuello (neck) en la probeta, el ensayo dejade ser uniaxial.

Es un ensayo simple para medir la resistencia a la deformación y la ductilidad que

presenta el material.


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En la curva de algunos materiales (aceros al carbono) se identifica 4 maneras diferentesen que el material se comporta, dependiendo de la cantidad de deformación unitariainducida en el material:

•

Comportamiento elástico (lineal elástico)•Fluencia (Perfectamente plástico)

•Endurecimiento por deformación (Deformación uniforme)•Estricción (Triaxialidad)


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Modulo de elasticidad, Limite proporcional y resistencia máxima a la tracción,Esfuerzo de fluencia, Modulo tangente para un esfuerzo de 50600 psi, Modulosecante de 50600 psi, Esfuerzo de fractura, Esfuerzo de fractura verdadero si eldiámetro de la barra en la fractura fue de 0.464 in, ¿Cómo clasificaría a estematerial como dúctil o frágil?


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NormasLos ensayos de tracción deben seguirnormas establecidas que dependen de laforma y de las condiciones del ensayo.Ejemplos de normas ASTM (American

Standard for Testing Materials)

E 8-00 Materiales metálicosE 21-92 Metales a alta temperaturaE 345-92 Laminas metálicasE1450-92 aleaciones estructurales en He

liquido (4°K)


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l

dl d

L L

0

ln0 L

L

L

dL f L

L

f

S

P

Parámetros realesParámetros convencionales:

0

max

UTS

S

P Rm

0l

Δl ε

A

P

)1()1(0

A

F

A

F 1m

R 1ln

Ecuaciones válidas sólo hasta la localización de la deformación

Parámetros de una curva convencional y real de tracción


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Resistencia Mecánica

Es la resistencia a la deformación plástica. En el caso del ensayo de tracciónuniaxial se puede definir de tres maneras diferentes:

1.Esfuerzo de fluencia R

p0,2

):

Esfuerzo o tensión necesaria para iniciar la deformación plásticamacroscópica en un policristal. Se mide como el límite de fluencia inferior(ReL) para los metales que presentan fluencia discontinua (zona de fluencia).

Límite convencional (Rp0,2) para alcanzar una determinada deformaciónremanente (comúnmente 0,2%, aunque puede ser otra cantidad) en el caso deno presentarse zona de fluencia.

Es la resistencia que se usa para el dimensionamiento de las piezas

sometidas a cargas estáticas en la mayoría de los casos (cálculo resistencialestático).

De las tres formas de medir la resistencia a la deformación en el ensayo detracción uniaxial, ésta es la más sensible a la T y a la velocidad dedeformación del ensayo.


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2.Resistencia a la tracción

UTS

ó Rm):

Es valor del Esfuerzo convencional máxima que se registra en un

ensayo de tracción.

No tiene un significado físico, simplemente es una cantidad fácil demedir que da idea de la resistencia a la deformación del metalcuando se alcanzan grandes deformaciones.

Es menos sensible a las posibles variaciones e inhomogeneidadesdel material y también a las variables del ensayo, por eso es másrepetible que el esfuerzo de fluencia.

Está relacionada con la dureza del metal y también se la usa para el

dimensionamiento aunque cada vez menos frecuentemente.

Aun se sigue usando como uno de los principales requerimientos enlas especificaciones de la mayoría de los materiales metálicos.


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3.Resistencia a la deformación ):

Es el esfuerzo necesario para lograr una determinada deformación.

Se usa sólo en el campo del trabajado mecánico de los metales dondepermite por ejemplo conocer las cargas necesarias para lograr undeterminado proceso.

En general no se mide en un ensayo de tracción convencional.


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Resistencia a la tracción (Rm) y resistencia a la deformación (σε) para

una deformación real, ε, cualquiera


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Ductilidad

Es la capacidad del metal para deformarse plásticamente en

determinadas condiciones (estado de esfuerzo, velocidad dedeformación y temperatura).

No importa el esfuerzo necesaria para lograr la deformación ni laenergía absorbida en el proceso.

En cierta literatura se reserva el término ductilidad para la capacidadde deformación bajo esfuerzos de tracción y maleabilidad para el casode esfuerzos de compresión.

En cualquier ensayo que involucre esfuerzos de tracción, la ductilidadpuede definirse en términos de la deformación plástica máxima hasta

alcanzar la rotura (ductilidad a la rotura A), o bien en términos de ladeformación plástica máxima antes de que se localice la deformación(deformación uniforme).


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Mediciones de Ductilidad

La ductilidad es cualitativa, es una propiedad subjetiva del material ysu medición es de interés por:

I. Indica la extensión por la cual el metal puede ser deformado sinfractura en operaciones de trabajo mecanico tales como ellaminado y la extrusión.

II. Indica al diseñador la habilidad del metal al flujo plástico antes de

la fractura.III. Sirve como un indicador de los cambios en niveles de impurezas

o condiciones de proceso.

IV. Las mediciones convencionales de ductilidad son obtenidas de

un ensayo de tracción:

• % de elongación (alargamiento)

• % de reducción de área


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1000

o

f

A

A Aón de area% reducci

Donde:A o es el área transversal original y A f es el área final en la secciónde fractura.Para aceros dúctiles, esta reducción es aproximadamente del 50%.

Porcentaje de reducción de área


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Tenacidad

(Toughness, Notch or Impact Toughness, Fracture Toughness)

Es la energía que absorbe el metal durante su deformación plástica y

durante el proceso de fractura.En esta propiedad intervienen tanto la resistencia a la deformacióncomo la capacidad de deformación.

Un material tenaz es el que al mismo tiempo posee resistencia a la

deformación y tiene gran capacidad de deformación.

I. Tenacidad estáticaII. Tenacidad a la entalla

III. Tenacidad a la fractura


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Esquema de gráficos de tracción para un material muy resistente y pocotenaz, otro muy dúctil y poco tenaz, y otro resistente, dúctil y tenaz.


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I.Tenacidad estática:

Es la energía absorbida por la probeta durante el ensayo de tracciónuniaxial y hasta la fractura. Está dada por el área bajo la curva de tracciónreal. Es difícil de medir y no tiene mucha aplicación en el diseño, la

selección o especificación de materiales pues las condiciones de estado detensión y velocidad de deformación suelen ser muy diferentes a las de la

mayoría de las piezas en servicio. Sólo es útil como concepto de tenacidad.


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II. Tenacidad a la entalla:

KV, cuando se expresa en (J)KCV, si lo hace en (J/cm2):

Es la energía absorbida en un ensayo de flexión o por impacto conprobeta entallada (Charpy o Izod). Se somete al material a condicionesseveras que promueven la fractura frágil (estado triaxial de tensiones con

alta componente hidrostática y alta velocidad de deformación).

Es fácil de medir aunque su aplicación racional requiere de una correlacióncon experiencias de fallas en servicio. Sirve además para rankear ocomparar materiales o bien para hacer estudios de la influencia de laestructura y procesos varios sobre la tenacidad.

En algunos textos se denomina resiliencia a la energía medida en elensayo de Charpy dividida por el área de la probeta. Este término no debe

confundirse con la denominada módulo de resiliencia elástica querepresenta la energía absorbida por el material pero sólo en el rango

elástico.


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Anisotropía en la tenacidad a la entalla. Curvas de transiciónpara las 3 orientaciones de probetas en una chapa laminada

III Tenacidad a la fractura (K J ):


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III. Tenacidad a la fractura (KIC, JIC):

Concepto de la Mecánica de la Fractura que representa la resistencia ala propagación de una fisura previamente existente en el material.

Esta resistencia tiene que ver con la energía absorbida en el procesode propagación de la fisura.


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III. TENACIDAD A LA FRACTURA

:


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Se da en componentes que presentan una zona plástica muy pequeña y

localizada en el extremo de la fisura, mientras que el resto del componente

presenta un comportamiento elástico lineal.

Condiciones que promueven este comportamiento:

I. Materiales con una resistencia a la fluencia y con comportamiento frágil.

II. Bajas temperaturas de operación

III. Espesores de pared o sección gruesa (deformación plana)

IV. Velocidad de carga muy alta (impacto)

V. Constricciones mecánicas presentes en el componente

MECÁNICA DE FRACTURA ELÁSTICA – LINEAL

III. Tenacidad a la fractura K

IC

, J

IC

):

Concepto de la Mecánica de la Fractura que representa la resistencia ala propagación de una fisura previamente existente en el material.

Esta resistencia tiene que ver con la energía absorbida en el procesode propagación de la fisura.


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Factor de intensidad de tensiones (K):caracteriza el estado de tensión -

deformación elástica en el extremo de lafisura.

Condición MFEL: la zona plástica en elextremo de la fisura debe ser pequeña

comparada con la zona K.

Zona K: se aplican las ecuaciones delcampo de tensiones elásticas.

Zona plástica: zona altamente tensionadaen el extremo de la fisura.

Zona de proceso: zona muy localizadadonde ocurre los fenómenos de,nucleación de cavidades y crecimiento de

fisuras.

FACTOR DE INTENSIDAD DE TENSIONES (K)


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( )

El valor de K incluye un subíndice (I, II y III) que

se refiere a los modo de aplicación de la carga

en el cuerpo fisurado.

Modo I (de abertura): La abertura de la fisuraes en dirección perpendicular al plano de

fractura. Ocurre en el 90% de los problemasde ingeniería.

Modo II (de deslizamiento). El desplazamientode las superficies es en sentido opuesto pero en

la dirección del avance de la fisura. Se presenta

en grietas inclinadas.

Modo III (de rasgado): El desplazamiento delas superficies es fuera del plano en dirección

perpendicular a la dirección de avance de la

fisura. Es importante en fracturas por torsión

pura.

George R. Irwin (1957)


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Modo IEl estado de tensiones para un

punto P cualquiera en el extremo

de la fisura queda definido por:

: Tensión nominal de la sección total; calculado bajo la asunción que ningunafisura está presente.

a: Longitud de la fisura medida desde la superficie, o en todo caso desde la líneacentral de la carga.

Pxy


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Principio de similitud:


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Principio de similitud:

De las ecuaciones anteriores se observa que el estado de tensiones en el

extremo de la fisura es proporcional al valor de KI, y los factores restantes

solamente dan la variación de r y

. Así, la magnitud del campo detensiones cerca a la fisura puede ser caracterizado dando el valor de KI.

Si dos fisuras diferentes, en cuerpos diferentes y cargas diferentes,

poseen el mismo KI, entonces, presentarán el mismo estado de tensionesen el extremo de la fisura. Las únicas restricciones es que el modo de

desplazamiento de la fisura sea el mismo y que las deformaciones en los

cuerpos sean elásticas.

)(

i jj

f

r

ANÁLISIS EN EL FRENTE DE LA FISURA


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ANÁLISIS EN EL FRENTE DE LA FISURA

Para una placa infinita con una fisura central

en modo I, cuya expresión para K=a, la

distribución de esfuerzo en el frente de lafisura, sería:

r

K

y

y

r

r

K Iyx

2

planaensiónT

z 0

Fisura

En el caso de deformación plana x

,

y, y z son de tensión, por lo tanto,en el extremo de La fisura existe un

estado triaxial de tensiones

)(

planandeformació

yxz


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CRITERIO DE FRACTURA DE COMPONENTES

Generalizando, K es una medida de la severidad de un cuerpo

fisurado debido a que depende del tamaño de la fisura (a),

tensión nominal aplicada (Sg) y geometría del componente (F).

Un componente fisurado puede resistir una tensión sin presentar fractura frágil siempre que K Kc (Tenacidad a la fractura).

El valor de KC es una propiedad del material y varía según lascondiciones metalúrgicas (microestructura, inclusiones, etc.) y

condiciones de ensayo (temperatura, espesor de la probeta, etc.).

a/b), geom et rí

g

..


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Un componente fisurado fallará con fractura frágil si cumple


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p g p

que:

K IC : Tenacidad a la fractura en deformación plana o Factorcrítico de intensidad de tensiones (propiedad del

material)

K: Factor de intensidad de tensiones (proceso de carga).

Estima el nivel de tensiones alrededor de la punta de lagrieta.

Esta ecuación se pueden leer de dos formas:(a) Para una tensión nominal dada (Sg) podemos tolerar defectos

hasta que un tam año crítico (ac).

(b) Para un tamaño de defecto co nocido (a), podemos cargar la piezahasta una ten s ión nom inal crític a (Sf ).

aS.FK cf IC

ICK K


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Datos de falla de placas fisuradas de aluminio 2014-T6ensayadas a -195ºC. Mientras más grande es la fisura más severo esel efecto en la resistencia del componente. Los datos de Sf son menores

que o del material. Estos datos experimentales (con puntos) concuerdancon los reportados con la ecuación de la MFEL.

ESTADO DE TENSIÓN PLANA


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El estado de tensión

plana ocurre cuando

las probetas son muy

delgadas, que no hay

suficiente material en la

dirección transversal

(z) para transmitir la

tensión (z= 0).

La tensión de corte

máxima (max) es iguala y/2 y ocurre aaproximadamente 45º

desde el plano de

fisura.


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El estado de

deformación plana

ocurre cuando laprobeta es muy

gruesas y el material

resiste la contracción

en la dirección z (z=0).

En este caso tenemosx z y, y la tensiónde corte máxima es

igual a (y-x)/2, la cualno es solo mucho

menor que y/2 sinoque ocurre endiferentes planos.

En la deformación plana x, y, y z son detracción, por lo tanto, en el extremo de La fisura

ocurre un estado triaxial de tensiones

Cálculo del Factor de Intensidad de Tensiones (K)


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Para aplicar la MFEL en el diseño, primero tiene que

determinarse el valor de K para la geometría de la fisura que

existe en el componente estructural.

F: Función adimensional depende de la geometría,configuración de la carga y relación a/b.

Sg: Tensión nominal de la sección total, calculado bajo laasunción que ninguna fisura está presente.

a: Longitud de la fisura medida desde la superficie o desde la

línea central de la carga.b: Definido como la máxima longitud posible de la fisura, así

para a/b=1, el componente esta completamente fisurado

a/b)a,F(geometríF a.S.FK g


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Cálculo del Factor de Intensidad de Tensiones (K)Fisura central

aS.FK g

Para valores de a/b 0.4 y conun límite de precisión del 10%:

aSK g

Para cualquier relación = a/b:

1.5)(h/b ..

F

1

3260501 2


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Cálculo del Factor de Intensidad de Tensiones (K)Fisura en el borde

aS.FK g

Para valores de a/b 0.13 y con un

límite de precisión del 10%:

aS.K g 121


1)(h/b )(

..)(.F/

23

4

1

2650857012650

Cál l d l F t d I t id d d T i (K)


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Cálculo del Factor de Intensidad de Tensiones (K)Doble fisura en los bordes

aS.FK g

Para valores de a/b 0.6 y con unlímite de precisión del 10%:

aS.K g 121


2)(h/b tancos.F

22

212201 4

En las funciones trigonométricas, el argumento está en radianes.


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Cálculo del Factor de Intensidad de Tensiones (K)Eje redondo con una fisura circunferencial

aS.FK g

Para valores de a/b 0.21 y con un límitede precisión del 10%:

2 b

PSg


43251

731036308

3

2

11

2

1..F

.

-1 a/b;

aS.K g 121

Cá ( )


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aS.FK g


3

4

b

MSg


543252

5370128

35

16

5

8

3

2

11

8

3.F

.

-1 a/b;

aS.K g 121

Cál l d l F t d I t id d d T i (K)


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aS.FK gIII


3

4

b

TSg


543252

2080128

35

16

5

8

3

2

11

8

3.F

.

-1 a/b;

aSK gIII



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Alguna veces es conveniente trabajar directamente con la fuerza

aplicada, siendo útil para geometrías planas.

a/b),(geometríaFF bt

P.FK PPP

FP: Factor geométrico adimensional

P: Fuerza aplicadat: Espesor

Expresiones de FP, pueden ser obtenidos

desde las expresiones de K: P

b.at.S.FF

gP

Ventaja de K en función de FP es que la longitud de la fisura esta

incluida en la función FP



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Cálculo del Factor de Intensidad de Tensiones (K)Fisura central en una placa con h/b

2

bt

PFK P

Para valores de a/b 0.3 y con un límite deprecisión del 10%:

bt

P.K

1


1)a/b(0 sen

cos..

FP

2

29702971

En las funciones trigonométricas, el argumento está en radianes.

La carga está aplicada en las caras de la fisura central.

Cálculo del Factor de Intensidad de Tensiones (K)P b t t tá d ASTM


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Probeta compacta estándar ASTM

bt

PFK P

Para =a/b

0.2(a/b) )5.6-14.7213.32-4.64(0.886F 432

/P

231

2

Factores de seguridad


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El factor de seguridad X aplicado contra la fractura causada por

una tensión estaría dada por:

.(1).......... a.S.F

K

K

K X

gICICK

donde Sg y “a” es la tensión nominal y la longitud de fisura que seespera ocurra en servicio. También sería útil comparar la longitud

de fisura en servicio a la longitud de fisura crítica, aC que es

esperado causar la falla a la tensión de servicio Sg. El valor de aC es accesible desde:

(2).......... a.S.FK CgCIC

donde FC es calculado para aC. Combinando las ecuaciones (1) y(2) obtenemos el factor de seguridad para la longitud de fisura:

.(3).......... XF

F

a

aX

2

K C

Ca



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El factor de seguridad respecto a la

longitud de fisura (Xa) debería ser

más alto, para obtener un factor de

seguridad razonable sobre K (XK).

.(4).......... S

Xg

oo

Si la longitud de fisura que se espera ocurra en

servicio es muy pequeña, se calcula un factor

de seguridad contra la fluencia, es decir, como

si no existiera fisura, que sería:

.(3).......... XF

F

a

aX

2

K

C

Ca

Ejemplo: si FFC, entonces: Xa=X2K. Un Xa=9 es necesario paraalcanzar un XK=3. De allí la importancia en el diseño de asegurar

un tamaño de fisura pequeña comparada al valor crítico de aC.

Donde, o es la tensión de fluencia. En condiciones de tensionesmultiaxiales, Sg debe ser reemplazado por la tensión efectiva, e.

2312322212

1

e



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.(5).......... M

MX

P

PX o´

o

o´

o

Un método más preciso para el cálculo del factor de seguridad

contra la fluencia (X´o), es comparar la carga limite para

plasticidad total (Po) con la carga aplicada (P). El primero

considera la carga necesaria para causar fluencia total sobre la

sección total sin considerar el área ocupada por la fisura. Así, el

factor de seguridad contra la fluencia sería:

P y M son los valores de fuerza y momento de servicio actual.

Bajo condiciones de servicio normales, sin circunstancias fuera

de lo común, los valores razonables para factores de seguridad

contra la fractura son tres (3) y dos (2) contra la fluencia. Estoes debido a la dispersión estadística de KIC y o.

Cálculo de la carga para fluencia total (Po)


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Cálculo de la carga para fluencia total (Po)

Para =a/b

)( btP oo 12

122 2oo btP

)( btP oo

2121


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Cálculo del momento para fluencia total (Mo)

Para =a/b

22

14

)(t b

M oo

Ensayo de compresión


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Es un ensayo en el que se somete a una probeta a cargas compresivas.Se usa para estudiar el comportamiento de los materiales bajo eseestado de cargas

Procedimiento de ensayoSe coloca la muestra entre los platos de la máquina (normalmente selubrica para reducir la fricción)Como en el ensayo de tracción, es necesario medir la carga aplicada y

la deformación:Normalmente se usa una celda de carga para medir la fuerzaNormalmente se usa un extensómetro para medir el alargamiento deuna longitud calibradaSe aplica una carga compresiva, normalmente a velocidad controlada

uno de los actuadores, mientras el otro permanece estático


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90/200


91/200

Las propiedades que surgen de este ensayoson las que más se usan tanto para el cálculo

resistencial en el diseño de una pieza, comopara las especificaciones de materiales yproductos metálicos.

Esto las convierte en propiedades muyimportantes aún cuando son pocas las piezas

o componentes reales que trabajen bajosolicitaciones uniaxiales cuasi estáticas.

Para ensayos de compresión de concreto laprobeta es de Ø= 6 in, 12 in de longitud.

En metales las probetas son cúbicas, de 2 in

por lado o cilíndricas circulares con Ø= 1 in,y con longitudes de 1-12 in.

NormasLos ensayos de compresión


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Los ensayos de compresión.Normas ASTMAmerican Standard for Testing MaterialsE 9-89: Metales a alta temperaturaE 209-65: Metales a alta temperatura conciclado térmico

E l d f t li á d l d

Ensayo de torsión


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Es un ensayo en el que se deforma una muestra aplicándole un par detorsión o par torsor.La deformación plástica alcanzable con este tipo deensayos es mucho mayor que en los de tracción o en los de compresión

(abarrilamiento, aumento de sección).Da información directamente del comportamiento a cortadura (cortante)del material y la información de su comportamiento a tracción se puedededucir fácilmente.

Montaje experimentalSe fija la probeta a sus dosextremos. Mientras uno delos extremos permanecequieto, el otro se gira. Seregistra el par aplicado y el

ángulo girado. Si se hacenensayos a alta temperatura(muy normales) se necesitaun sistema de calentamientoy un controlador (incluyendoun termopar)


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ProbetaBanco de torsión


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Cabezal fijo

Cabezal móvil

Horno deinducción

Curva de Torsión


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Normas ASTM:E 143-01 Norma de ensayo a temperaturaambienteA 938-97 Norma para alambresF 543-01 Norma para implantes médicos

t R

T

22

L

R


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MODOS DE FRACTURA DUCTIL Y FRAGIL


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Modos de fractura y sus características

Modo de propagación dúctil:


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• Mecanismo de nucleación, crecimiento y coalescencia de hoyuelos.

• Gran influencia de las partículas de segundas fases:Inclusiones, carburos, intermetálicos.

• Necesidad de deformación plástica en cada etapa, gran cantidad deenergía absorbida en el proceso de fractura (alta tenacidad).

• Los esfuerzos que comandan el mecanismo son los cortantes.

El aspecto macroscópico de la fractura es opaco y rugoso, microscópicamente la superficie estácompuesta por hoyuelos de diferentes tamaños, algunos pueden contener partículas.

En general se trata de una fractura transgranular aunque existen casos especiales donde esintergranular.

Mecanismos de fractura dúctil


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Mecanismos de fractura dúctil


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Aspectos macro ymicroscópico de una fractura

dúctil en una probeta de

tracción

Fig. 37. Micrografías MEB de muestras envejecidas a (a) 482 ºC por 15 min (UTS=1520 MPa; %= 62) y en(b) envejecida a 522 ºC por 1 hora (UTS= 1540 MPa; %= 67), y ensayada a tracción lenta al aire.


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Modo de propagación frágil :

Transgranular clivaje)

R t d l tó i l l d i t l i t li d i d l d


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Rotura de enlaces atómicos a lo largo de ciertos planos cristalinos denominados planos declivaje.No hay deformación plástica aunque en metales siempre existe una zona plastificada. Baja

energía absorbida (baja tenacidad).La velocidad de propagación es muy rápida.La ausencia de deformación plástica generalizada y la rapidez de la propagación conducen enmuchos casos a las denominadas fallas catastróficas.

Los esfuerzos que producen el clivaje son las esfuerzos normales.El aspecto macroscópico de la fractura es brillante y facetado.

Microscópicamente se ven las facetas planas y algunas otras características.


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Modo de fractura frágil


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Intergranular

Rotura de enlaces atómicos a lo largo de los bordes de grano.No es necesaria la deformación plástica aunque en metales siempre existe una zona

plastificada. Baja energía absorbida (baja tenacidad). La velocidad de propagación es muyrápida.Las tensiones que producen este modo de fractura son las normales.El aspecto macroscópico de la fractura es brillante y facetado. Microscópicamente se ven losbordes de grano.

Este modo de fractura está asociado a alguna de lassiguientes causas:I. Segregación de impurezas hacia bordes de granoII. Precipitación de fases frágiles en bordes de grano

III. Fracturas a muy altas TIV. Algunos mecanismos de propagación asistidospor el medio.


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En resumen:Bajas temperaturas, cargas dinámicas, y estados de tensión triaxialescon alta componente hidrostática de tracción, dificultan ladeformación plástica favoreciendo el modo de fractura frágil. Estohace que disminuya la tenacidad del material.

Esta influencia es particularmente importante en el caso de losmetales BCC.

Ensayo de impacto


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Péndulo y probeta de CharpyMedición de la energía absorbida en la fractura

II. Tenacidad a la entalla:

KV, cuando se expresa en (J)


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KCV, si lo hace en (J/cm2):

Es la energía absorbida en un ensayo de flexión o por impacto conprobeta entallada (Charpy o Izod). Se somete al material a condicionesseveras que promueven la fractura frágil (estado triaxial de tensiones con

alta componente hidrostática y alta velocidad de deformación).

Es fácil de medir aunque su aplicación racional requiere de una correlación

con experiencias de fallas en servicio. Sirve además para rankear ocomparar materiales o bien para hacer estudios de la influencia de laestructura y procesos varios sobre la tenacidad.

En algunos textos se denomina resiliencia a la energía medida en el

ensayo de Charpy dividida por el área de la probeta. Este término no debeconfundirse con la denominada módulo de resiliencia elástica querepresenta la energía absorbida por el material pero sólo en el rango

elástico.


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Anisotropía en la tenacidad a laentalla. Curvas de transición para las3 orientaciones de probetas en una

chapa laminada

Resistencia al impactoEl modo de fallo del ensayo de tracción no nos permite extrapolar los

resultados a otras situaciones diferentes para predecir el comportamiento a


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resultados a otras situaciones diferentes para predecir el comportamiento a

la fractura, por ejemplo en algunos materiales normalmente dúctiles se

fracturaban frágilmente sin tener apenas

deformación plástica.El tipo de fallo está condicionado por las condiciones de contorno del

material.

Para ensayar los materiales en condiciones posibles con respecto a la

fractura se crearon los ensayos de impacto (resistencia al impacto).

Estas condiciones son:I. Deformación a temperaturas relativamente bajas.

II. Velocidad de deformación elevada.

III. Estado triaxial de tensiones (mediante la presencia entalla mecánica)

La energía absorbida en un ensayo por impacto con probeta entallada(Charpy o Izod). En estos se somete al material a condiciones severas quepromueven la fractura frágil (estado triaxial de tensiones con alta

componente hidrostática y alta velocidad de deformación).


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Los dos ensayos de impacto, son el ensayo Charpy y el de Izod. Estosdos ensayos han sido normalizados y diseñados para determinar la

energía de impacto o tenacidad a la entalla, que se define como laenergía absorbida por la superficie entallada cuando se rompe.

Probeta de impacto


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En ambos ensayos se romperá unasuperficie entallada de un golpe dado con

una masa-péndulo, la diferencia radica en

la posición de la probeta. La velocidad que

adquiere la masa al golpear la probeta

queda determinada por la altura del

péndulo. Tras la rotura, la masa continúa

su camino hasta llegar a una cierta altura,

a partir de la cual se determina la energía

absorbida. Así se medirá la energía

absorbida por ese impacto o golpe súbito.

Maquina de impacto


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La energía absorbida por la probeta (J), Joules, se puede medir calculando la

diferencia de energía del péndulo antes y después del impacto, mediante la altura


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g p y p p

a la que llega el péndulo después de romper la probeta (ecuación 1). El problema

de este método es que resulta muy inexacto medir la altura a la que llega la masa,

entonces como se sabe el ángulo

inicial del péndulo (a) y la máquina registra el ángulo final (b), mediante relaciones

trigonométricas se llega a relacionar la energía absorbida en función de los

ángulos y el largo del brazo en la ecuación 2.

E abs = m× g × (h – h´) .............(1)

Eabs = m× g × (cos-cos).......(2)

Algo importante de estos ensayos es que se

puede determinar la temperatura de transición

frágil-dúctil (su principal ventaja sobre otros

ensayos). Esto se consigue realizando el

ensayo en iguales condiciones normalizadas,

pero a distintas temperaturas. Lo que se hacees calentar o enfriar la probeta antes de

realizar el ensayo (la distribución de

temperaturas debe ser homogénea en toda la

probeta). Se obtienen una serie de curvas

características de cada material.


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Curvas de transición dúctil – frágilOrientación de probetas y anisotropía


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Anisotropía de la tenacidadInfluencia del tipo de entalla


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Diferentes formas de definirla transición dúctil-frágil:

•Energía

•Porcentaje de área dúctil•Contracción lateral

•Expansión lateral

•Volumen deformado

Esquema del aspecto dela fractura de probetas


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por Charpy, ensayadas enla zona de transición ymedición del porcentaje

de área dúctil.


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Rigidez

Resistencia a la deformación elástica Se representa mediante el


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Resistencia a la deformación elástica. Se representa mediante elmódulo elástico longitudinal, E, Módulo de Young o el de corte G.

Dentro de un determinado grupo de aleaciones, estas propiedadeselásticas son casi insensibles a los cambios en la estructura(deformación plástica, tratamientos térmicos, etc)

La rigidez de una pieza o estructura depende de la rigidez intrínsecadel material y de la geometría de la pieza o estructura (rigidez

estructural). Si se debe aumentar la rigidez, es mucho más lo que sepuede hacer cambiando el diseño de la pieza o estructura queeligiendo un metal diferente.

Ejemplos de recursos de diseño para aumentar la rigidez estructural:nervaduras, placas rigidizadoras, aumento del momento de inercia dela sección, elección adecuada de ubicación y tipos de soportes ovínculos.

Ejemplo: Viga simplementeapoyada sometida a una carga

P

Ensayo de flexión


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central P

Flecha:

c , constante que depende del tipode vínculos, I xx es el momento de

inercia de la sección transversal

respecto del eje neutro.

P

L

f

xxcEI

PL

f

3

3

L

cEI

f

P xx

Rigidez intrínseca

3

L

cI E

f

P xx

Rigidez estructural

Rigidez total:

PEnsayo de flexión de 4 puntos


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L

f

P

Ensayo de flexión de 3 puntos


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L f

Rigidez de una barra cilíndrica en torsión


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φ

l

Rigidez total = T/( x) =Mt / φ

(γ = φ / ( x)= φ /l = distorsión)

l I G

l GI M p pt

Rigidez

intrínseca Rigidez estructural

o geométrica

I p es el momento de inercia polar de la sección

Ensayo de Dureza Hardness)

En el caso de los metales la dureza está relacionada con la resistencia a la


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En el caso de los metales, la dureza está relacionada con la resistencia a la

deformación plástica localizada.

Básicamente existen tres tipos de ensayos para medirla:Ensayos de indentación estáticos:

Donde un indentador se fuerza contra el material a ensayar y produce una

huella o impronta. La relación entre la fuerza aplicada y el área o la

profundidad de la impronta es una medida de la dureza del material.

Ensayos dinámicos:

Un objeto de dimensiones y masa conocidos se hace rebotar contra el

material. La altura del rebote es una medida de la dureza del material

(Dureza Escleroscópica).

Ensayos de rayado:Se establecen escalas donde un material es capaz de rayar a los que están

por debajo en la escala. Escala Mohs.

El ensayo de dureza es rápido, económico, simple y no requiere gran

habilidad o preparación del operador Por otra parte la dureza está


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habilidad o preparación del operador. Por otra parte la dureza está

relacionada con varias propiedades mecánicas más costosas y engorrosas

de medir por lo que es un ensayo muy utilizado tanto en el control decalidad del ámbito industrial como en el ámbito de la investigación.

El volumen de material ensayado es relativamente pequeño, lo queconstituye una gran ventaja en muchos casos donde el tamaño de la pieza

no permite realizar otros ensayos o bien donde no se pueda destruir oextraer material de la pieza.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que justamente por involucrar poco

material, es una medida local y puede no representar las propiedades de

toda la pieza cuando existan gradientes importantes en las propiedades

mecánicas.

I) Ensayo de dureza Rockwell


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Es el ensayo de dureza más utilizado pues es el más

simple, rápido, versátil y no requiere gran habilidad o

pericia del operador. Se presta mucho para laautomatización.

El número de dureza Rockwell esta en la relación

inversa con la diferencia de profundidad de penetración

de un indentador cuando sobre el mismo se aplica una

carga principal y cuando se aplica una precarga ocarga menor.

No se necesitan mediciones de área de la impronta, la

profundidad es medida automáticamente por el aparato

Rockwell.


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El método HR posee diferentes escalas que se adaptan a diferentes rangos de dureza. Además deescalas especiales para dureza superficial. Las escalas varían según el tipo de indentador y lascargas aplicadas. Hay unas 30 escalas diferentes. El indentador puede ser una bolilla de diámetros

varios (desde 1,6 hasta 12,7 mm), o bien un cono de diamante de 120º. En las escalas Rockwell dedureza volumétrica, la precarga es de 10 kg y las cargas principales son las que se muestran.Enescalas Rockwell superficiales la precarga es de 3 kg y las cargas principales son de 15, 30, ó 45kg.La mayoría de las aplicaciones quedan cubiertas con las escalas Rockwell C (cono dediamante) y Rockwell B (bolilla de acero).


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Procedimiento:

Primero se aplica una precarga y el indentador penetra en el material. Se

establece así la penetración de referencia a partir de la cual se tomará la


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p p

medición.

Luego se aplica la carga principal y el indentador penetra más aún.

Cuando se retira la carga principal la máquina mide automáticamente la

diferencia de penetración.

El objetivo de la precarga es eliminar todo efecto de los no controlables en

el sistema de carga así como los efectos de la rugosidad de la superficie.

(a) Identaciones correspondientes a lazona de fusión (ZF) y la zona afectadapor el calor (ZAC) 50X

(b) Identación producida en el metalbase.

Escalas Rockwell y sus aplicaciones principales


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Escalas Rockwell superficiales


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En la escala Rockwell C el número de dureza queda determinado por la siguienterelación:

pHRC 100 p es la profundidad medida en mm


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mm

p HRC

002,0100 p es la profundidad medida en mm

Por ejemplo, si la profundidad medida es 0,08 mm, la ecuación da 60 y ladureza se denota 60 HRC.

En la escala Rockwell B existe una relación similar:

mm

p

HRB 002,0130 p es la profundidad medida en mm

Se debe tener en cuenta que las escalas Rockwell no son proporcionales yen consecuencia la diferencia de resistencia a la deformación entre un

material de 58 HRC y uno de 60 HRC es mayor que entre uno de 30 y uno de32 HRC.

Por otra parte, las escala Rockwell C no debe usarse para valores menoresque 20 pues los indentadores de diamante no están calibrados para esosniveles de dureza.

II) Ensayo de dureza Brinell

Este método usa una bolilla de material duro que se fuerza contra el

t i l di t d j t d t i d ti


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material mediante una carga que se deja actuar un determinado tiempo.

Luego de retirada la carga se mide el diámetro de la impronta y se calcula el

número de dureza Brinell dividiendo la carga por el área de la impronta.

Este número se expresa en kg/mm2. Ejemplo: 348 HB.

El hecho de tener que medir el diámetro de la impronta lo hace más lento y

menos práctico que el método Rockwell.

Por otra parte, la impronta es mucho mayor que la del método Rockwell loque impone límites mínimos para el espesor y el tamaño de la pieza a

medir.


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Durómetro Brinell


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III) Ensayo de dureza Vickers

Diamond pyramid hardness DPH)


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Método similar al anterior pero con un indentador de diamante de forma

piramidal de base cuadrada con un ángulo de 136º.

El número Vickers surge de dividir la carga por el área de la impronta, lo

que al igual que en el método Brinell requiere la medición de las

dimensiones de la misma.


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La ventaja del método Vickerssobre el Brinell es que sepuede aplicar en todo el rangode durezas usando el mismo

indentador.Además la impronta es máspequeña que en el métodoBrinell.


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Comparación de tamaños de improntas Rockwell, Brinell y Vickers


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Comparación de tamaños de improntas Rockwell, Brinell y Vickers


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Ensayos de Microdureza Microhardness)

Son métodos de indentación que usan cargas entre 1 g y 1 kg y generando


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improntas del orden de unos pocos μm, permiten:

Realizar mediciones sobre piezas de espesores muy finos (foils, alambres,etc).

Realizar mediciones muy cerca de los bordes de una superficie, porejemplo para controlar una carburización, nitruración, carbunitruracion,o descarburización, etc.

Tomar la dureza de microconstituyentes individuales o de fases de unaaleación.

Tomar mediciones de dureza de recubrimientos electrolíticos, cromado, etc.

Se usan dos métodos de indentación:• Vickers• KnoopEl método Vickers es el mismo que el expuesto para mediciones de dureza


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El método Vickers es el mismo que el expuesto para mediciones de dureza

común, sólo que se usan cargas menores (hasta 1 kg).

Improntas de microdureza Vickers en las diferentes fases de un metal.Identaciones de microdureza en acero de bajo carbono. Carga 50 g.se obtiene dureza de perlita da 290 HV, dureza de la ferrita, 150 HV

El método Knoop usa un indentador de diamante con forma piramidal debase romboidal. Se le suele denominar esferocónico


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La impronta Knoop es más larga que la Vickers pero tiene menor ancho aigualdad de carga, por lo que permite realizar mediciones más próximas.

Esto es muy útil cuando se quiere realizar un perfil de durezas o bien

mediciones cercanas a los bordes de la superficie preparada.


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ZAC ZACZF MBMB

Del ensayo de dureza (HRC)


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El ensayo de fatiga se describe en "Manual on Fatigue Testing", ASTM STP 91-A y"Mechanical Testing of Materials", A.J. Fenner, Philosophical Library, Inc. ASTM D-671describe un procedimiento estándar del ensayo de fatiga de los plásticos en flexión.

Modos de tensión fluctuante-tiempo

Ciclo de carga invertidaDependencia regular y sinusoidal del


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p g y

tiempo, la amplitud es simétrica

respecto de un nivel medio de tensiónigual a cero desde el max hasta elmin (tensión-compresión; de igualmagnitud)

Ciclo de carga repetida

Los máximos y mínimos sonasimétricos respecto del nivel cero de

carga, la amplitud de la tension varia

alrededor de un valor medio m definido como el promedio de las

tensiones máximas y mínimas

Ciclo de carga al azarEl nivel de tension puede variar al

azar en amplitud y frecuencia

La curva S-NLas propiedades de fatiga pueden ser determinadas a partir de ensayos de

simulación en laboratorios. El equipo de ensayo debe ser diseñado de tal

manera que reproduzca hasta donde sea posible las condiciones de servicio


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manera que reproduzca hasta donde sea posible las condiciones de servicio

es decir: tensiones, frecuencia, distribución de tensiones, vibraciones.

También denominado resistenciaa la fatiga, es el valor de tensiónque por debajo del cual la rotura

por fatiga no ocurrirá; representa

el mayor valor de la tensión

fluctuante que no produciría la

rotura en un numero finito de

ciclos.

Aceros: 35-60% de la resistencia a

la tracción.Al, Cu, Mg no tienen limite defatiga.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f9/BrittleAluminium320MPA_S-N_Curve.jpg


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El nivel de tensiónque produce la roturadespués dedeterminado número

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f9/BrittleAluminium320MPA_S-N_Curve.jpg


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de ciclos

Es el número de ciclospara producir la roturaa un nivel especificadode tensiones

Serie de curvas de probabilidad constante


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El valor P asociado a cada curva representa la probabilidad de rotura, es decir que a unatensión de 30000 psi, esperaríamos que el 1% de las probetas se rompan después del 106 ciclos y que un 50% se rompan a alrededor de 2x107 ciclos.

ETAPAS

1. Iniciación de una grieta sobre la


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superficie, generalmente tiempo

después de aplicada la carga. Estagrieta se forma en alguna región dealta concentración de tensiones.

2. Propagación de la grieta, en la queesta avanza en forma gradual en cada

ciclo de carga.3. Rotura del material cuando la sección

transversal restante del materialresulta demasiado pequeña parasoportar la carga aplicada. Esta

ocurre rápidamente una vez que lagrieta a alcanzado un tamaño critico.


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En la figura se muestra una superficie de fractura de un eje de acero que ha

experimentado rotura por fatiga. La región de una superficie de fractura que seformo en la etapa II de propagación puede caracterizarse por dos tipos de marcas

denominadas marcas de playa (marcas de concha de almejas) observadas

macroscópicamente y estrías, observadas microscópicamente.

ETAPASI. ETAPA:Las grietas que originan la rotura o fractura casi siempre nuclean sobre lasuperficie en un punto donde existen concentraciones de tensión (concentrador de

esfuerzos originadas por diseño o acabados. Las cargas cíclicas pueden producir

discontinuidades superficiales microscópicas a partir de escalones producidos por


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discontinuidades superficiales microscópicas a partir de escalones producidos pordeslizamiento de dislocaciones, los cuales actuarán como concentradores de la

tensión y, por tanto, como lugares de nucleación de grietas.II. ETAPA:Fase I: una vez nucleada una grieta, entonces se propaga muy lentamente y, enmetales policristalinos, a lo largo de planos cristalográficos de tensión de cizalladuraalta (cortante); las grietas normalmente se extienden en pocos granos en esta fase.Fase II: la velocidad de extensión de la grieta aumenta de manera vertiginosa y en este

punto la grieta deja de crecer en el eje del esfuerzo aplicado para comenzar a crecer endirección perpendicular al esfuerzo aplicado. La grieta crece por un proceso de

enromamiento y agudizamiento de la punta a causa de los ciclos de tensión.III. ETAPA: Al mismo tiempo que la grieta aumenta en anchura, el extremo avanzapor continua deformación por cizalladura hasta que alcanza una configuración

enromada. Se alcanza una dimensión crítica de la grieta y se produce la rotura. La

región de una superficie de fractura que se formó durante la etapa II de propagaciónpuede caracterizarse por dos tipos de marcas, denominadas marcas de playa y estrías.

Ambas indican la posición del extremo de la grieta en diferentes instantes y tienen el

aspecto de crestas concéntricas que se expanden desde los puntos de iniciación. Las

marcas de playa son macroscópicas y pueden verse a simple vista. Las marcas de

playa y estrías no aparecen en roturas rápidas.


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INFLUENCIA DEL MEDIOEl medio puede afectar el comportamiento a fatiga de los materiales. Hay dos tipos

de fatiga por el medio: fatiga térmica y fatiga con corrosión.Fatiga térmica


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gLa fatiga térmica se induce normalmente a temperaturas elevadas debido a

tensiones térmicas fluctuantes; no es necesario que estén presentes tensionesmecánicas de origen externo. La causa de estas tensiones térmicas es la restricción

a la dilatación y o contracción que normalmente ocurren en piezas estructurales

sometidas a variaciones de temperatura.

Fatiga por corrosiónLa fatiga con corrosión ocurre por acción de una tensión cíclica y ataque químico

simultáneo. Lógicamente los medios corrosivos tienen una influencia negativa yreducen la vida a fatiga, incluso la atmósfera normal afecta a algunos materiales. A

consecuencia pueden producirse pequeñas fisuras o picaduras que se comportarán

como concentradoras de tensiones originando grietas. La de propagación también

aumenta en el medio corrosivo puesto que el medio corrosivo también corroerá el

interior de la grieta produciendo nuevos concentradores de tensión.


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PROPIEDADES TECNOLÓGICAS:

Son las propiedades que permiten evaluar la aptitud de un material para

¿Que se entiende por PROPIEDADES TECNOLÓGICAS?


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ser sometido a los procesos tecnológicos que se usan para dar forma a

una pieza o estructura a partir de ese material. En general se trata depropiedades complejas en donde no solo están involucradaspropiedades intrínsecas del material sino también variables operativas del

proceso de conformado.

Procesos de

Conformado

Geometría

Material(propiedades)

Pieza

(función)

Principales propiedades tecnológicas:


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Conformabilidad: aptitud para ser sometido a procesos deconformado por deformación plástica (en frío o en caliente) sinarranque de viruta.

Soldabilidad: aptitud para ser sometido a procesos de uniónmediante la acción del calor.

Maquinabilidad: aptitud para ser sometido a los procesos deconformado con arranque de viruta.

Colabilidad: aptitud para ser sometido a los procesos deconformado mediante el llenado (vaciado o colado) del material en

estado líquido en un molde (cavidad con la forma deseada).

Cuanto mejor sea una propiedad tecnológica determinada, menor será

el costo para fabricar una pieza según el proceso correspondiente, yá l lid d d l d t bt id ( d ió d d f t d


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mayor será la calidad del producto obtenido (reducción de defectos de

fabricación).La reducción de los costos tiene que ver con la reducción de

precauciones especiales en el proceso, disminución de la cantidad de

pasos o etapas necesarios para llegar a la forma final, y la reducción de

los costos del herramental usado.

En resumen:Al mejorar las propiedades tecnológicas se reducen los costos defabricación y se mejora la calidad del producto.

Colado en moldes: el metal fundido es vertido en una cavidad que tiene laf d d ( ld ) L d l lidifi ió t l i l d

PROCESOS DE CONFORMADO MÁS UTILIZADOS


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forma deseada (molde). Luego de la solidificación se extrae la pieza colada.

Los lingotes son piezas coladas que luego serán sometidas a procesos deconformado por deformación plástica para fabricar otros productos, el restode las piezas coladas no son sometidas en general a tales procesos.

Procesos de colado de lingotes


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Procesos de colado de lingotes

Conformado plástico:

El material sufre una deformación plástica mediante la acción de cargas

aplicadas a través de herramientas adecuadas. No hay extracción de

material en forma de viruta.


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Procesos de conformado plástico

Procesos de Laminación

Es el proceso que reduce el espesor o

cambia la sección de un producto o


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cambia la sección de un producto o

pieza larga mediante fuerzas decompresión que se aplican medianteun juego de cilindros. Es el proceso demayor uso, el 90% de todos los

productos metálicos son laminados.

Dr. Norberto D. Ñique G.

Es el proceso que reduce el espesor o cambia la sección de unproducto o pieza larga mediante fuerzas de compresión que se aplicanmediante un juego de cilindros. Es el proceso de mayor uso, el 90% detodos los productos metálicos son laminados.


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p

Puede realizarse en frío o en caliente y produce productos planos , noplanos y huecos, pero en todos los casos largos y de secciónconstante.

Es un proceso de muy alta

productividad y por eso esutilizado en productos que sefabrican en mediana o gran escala.Requiere gran inversión de capitalpero tiene un costo de mano de

obra bajo a medio.


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Forja

Comprende varios procesos que aplican fuerzas decompresión mediante diferentes tipos de matrices yherramientas (yunques, martillos, punzones). A

diferencia de la laminación, la forja produce piezas

discretas (no de sección constante y gran longitud


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discretas (no de sección constante y gran longitud

como en la laminación).

Puede realizarse en caliente o en frío y generalmente

requiere operaciones adicionales como mecanizado.

El proceso de forja más simple es la denominada forjalibre donde el metal se sitúa entre dos matrices(generalmente planas) y se somete a compresión

reduciendo su altura y ensanchándose libremente(upsetting).

Forja con estampas impression-die,

close-die forging)


185/200

Forja con estampas impression-die,

close-die forging)


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Trefilado

Es un proceso donde la sección de un alambrón, barra, tubo,o un alambre es reducida cuando pasa a través de una

matriz que tiene forma de boquilla (trefila). El producto es

obligado a pasar aplicando cargas de tracción mediante

adecuadas mordazas que lo traccionan


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adecuadas mordazas que lo traccionan.

En el caso de los tubos se puede reducir tanto su diámetrocomo su espesor.

Se aplica para productos de sección constante y de gran

longitud y es un proceso de muy alta productividad con

velocidades de hasta 50 m/s en productos finos.

Extrusión

En el proceso de extrusión el material, usualmente

confinado dentro de una prensa de extrusión, es

forzado a pasar por una matriz mediante fuerzas de

compresión, del mismo modo que ocurre cuando se

aprieta un pomo de pasta dentrífica o un sachet de


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mayonesa.

El proceso puede realizarse en caliente o en frío ypermite obtener casi cualquier forma maciza ohueca. En el caso de la extrusión en caliente losproductos obtenidos son largos y de secciónconstante.

Dr. Norberto D. Ñique G.


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Procesos donde lainteracción entre el

Maquinado o

mecanizado:


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interacción entre el

material y unaherramienta adecuada(herramienta de corte)hace que parte delmaterial sea separadoen forma de viruta.

Pulvimetalurgia

:

Se parte el material en forma de polvos finos que son compactados en un

molde adecuado y luego sometidos a una sinterización a alta T para lograr

la unión metalúrgica entre las partículas del polvo.


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Procesos de unión por soldadura:Son procesos de unión entre partes previamente conformadas. Conmucha menor frecuencia se usan para conformar piezas (weld shaping). La

unión se basa en la acción del calor que es aportado externamente (por ej.

por la acción de un arco voltaico) o bien se genera por algún proceso


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por la acción de un arco voltaico) o bien se genera por algún proceso

fisicoquímico (fricción, reacción química exotérmica, efecto Joule, etc).Puede o no haber fusión del material.

Cada uno de estos procesos tiene un rango de aplicación definidodependiendo de:

• la geometría deseada


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la geometría deseada

• el tamaño de la pieza• el volumen de producción• el tipo de material a que se aplicará• la calidad superficial requerida• las tolerancias dimensionales• las propiedades exigidas.

En general, para la fabricación de una pieza se utiliza una combinación

adecuada de varios de estos procesos.

Nueve clases de procesos de manufactura, se observa un conformado

primario y luego un secundario para culminar en un acabado.


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Bibliografía

BIBLIOGRAFIA

1. “Aceros”. Guillermo Antery CNEA: Comisión Nacional de Energía Atómica.

Instituto J. Sábato.

2. “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. W. Callister. 194-199; 216-225;

114-145 pags.

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4. Propiedades Mecanicas y Tecnologicas 2014