Diagrama de Tracción (Esfuerzos-Deformaciones)

1. Zona elástica: Si estudiamos el diagrama esfuerzos-deformaciones veremos que partiendo del origen de coordenadas nace una línea recta O-A inclinada a un determinado ángulo (α). Esta indica la zona de proporcionalidad, ya que al tratarse de una línea recta las deformaciones sufridas por la probeta son proporcionales a los esfuerzos aplicados. Dicha definición se conoce con el nombre de Ley de Hooke. Si queremos expresar esta relación lineal mediante una ecuación, diríamos que σ=Eε, donde a la altura constante (E) se le llama “módulo de Young o de elasticidad del material”, y pretende representar la tensión unitaria que es necesaria aplicar a una probeta de sección unidad para lograr que aplique su longitud. Tg α = σ/ε = E

En esta primera zona, el material se comporta como si fuera un resorte, ya que al retirar la carga recupera su forma inicial. La inclinación de esta recta marcará la elasticidad y el grado de recuperación del material, por lo que una vez superada esta zona elástica, si retiramos la carga, el material recuperará parte de su longitud, pero las deformaciones ya serán permanentes. Aunque con diversos valores, este suceso ocurre en todos los materiales.

El punto (A) recibe el nombre de “límite de proporcionalidad”, ya que si nos fijamos detenidamente a partir de este lugar la línea deja de ser recta para convertirse en una pequeña curva (A-B). Por ello, la relación lineal anteriormente mencionada desaparece, dejando de ser proporcionales los esfuerzos ejercidos a las deformaciones sufridas en la probeta. Durante esta curva se podría decir que hay deformaciones seudoelásticas, ya que la curva no difiere en exceso de la dirección que marcaba la zona de proporcionalidad, incluso las deformaciones que se producen en estas zonas son recuperables en el tiempo. Al finalizar esta curva se define la “resistencia dúctil” y comienzan las deformaciones permanentes.

2. Zona plástica: A partir del punto (B) aparece una zona en la que la probeta incrementa su longitud sin prácticamente aplicar ningún tipo de esfuerzo o incluso disminuyéndolo. Esta zona se conoce con el nombre de “fluencia”, ya que el material fluye de forma natural incrementándose considerablemente su longitud. En esta fase no todos los materiales se comportan de la misma manera, pues en ciertos casos la transición entre la zona elástica y la deformación plástica no está claramente definida.

• Límite elástico aparente: es la tensión que soporta la probeta en la transición entre la zona elástica y la plástica.
• Límite elástico convencional o práctico: es la tensión que después de ser aplicada genera una deformación permanente del 0,2% de su longitud inicial.

Este valor es de suma importancia, ya que cualquier objeto nunca podrá superarlo para trabajar en condiciones de seguridad. Al finalizar esta zona, el material comienza a sufrir una transformación; pues si conociésemos su comportamiento estructural nos daríamos cuenta de que, a medida que se deforma, va sufriendo variación en su estructura cristalina, adquiriendo un endurecimiento que se traduce en una mayor resistencia. Esto se pone de manifiesto en el punto (C), donde se exige mayor esfuerzo para seguir aumentando su longitud. Así, iríamos recorriendo la curva (C-D), donde en el punto D encontraríamos el valor de la carga máxima capaz de soportar el material.

• Gráfico: A partir del punto (C) se requieren mayores esfuerzos para seguir deformando la probeta.

Una vez superada esta fuerza, se puede apreciar en el centro de la probeta una contracción muy acentuada llamada “estricción”. Esta implica una disminución de la sección capaz de soportar las cargas a las que está sometida, y derivándose en un alargamiento que requiere un menor esfuerzo del anteriormente soportado (zona D-E). Por ello, la rotura tiene lugar bajo una tensión última inferior a la máxima resistencia, observándose la fractura de la probeta en el punto (E).

Método Rockwell

Uno de los inconvenientes que presentaban los ensayos Brinell y Vickers era el tiempo empleado en la determinación de la dureza sin necesidad de realizar ninguna medición en la huella, lo que aventajaba en rapidez a todos los sistemas empleados hasta entonces.

Distinguiremos 2 métodos de ensayo: la dureza Rockwell y la dureza Rockwell superficial, distinguiéndose en las escalas empleadas y el campo de aplicación. Este sistema difiere de los anteriores en el fundamento empleado para hallar la dureza, ya que se determinará la profundidad de la huella permanente al actuar una determinada carga sobre un penetrador.

Se pueden emplear varios tipos de penetradores, eligiéndolos por el tipo de material a ensayar, el cual determinará la escala a emplear y todos los parámetros que ello conlleva. Cuando el ensayo se realiza en piezas cementadas o materiales muy duros, emplearemos como penetrador un cono de diamante de 120º y punta redondeada, con un radio de curvatura de 0,2mm. Cuando el material objeto de ensayo sea blando, se empleará una esfera como elemento de penetración. Los identadores esféricos normalizados deben estar fabricados con material duro.

Fases

• Se aproxima el penetrador haciéndolo incidir en la pieza y aplicando una carga preliminar (precarga). Para saber si la fuerza está correctamente aplicada, nos auxiliaremos de un dispositivo de medida que marca la posición de referencia que debe alcanzar una aguja. Esta operación generará una huella de profundidad h₀.
• Luego se adicionará una carga que hará descender al penetrador introduciéndose en la probeta y alcanzando una profundidad de huella h₁.
• Finalmente, retiraremos la carga manteniendo la precarga. Debido a la elasticidad del material, el penetrador retrocederá, colocándose a una profundidad determinada (h₃). La diferencia de profundidad inicial del penetrador con la precarga y la última con la misma precarga, pero después de haber sometido la pieza a una carga intermedia de deformación recibe el nombre de profundidad de huella permanente: h=h₃-h₀.

Particulares en la ejecución del ensayo Rockwell

• La superficie a ensayar será plana y uniforme, sin presencia de materias extrañas que alteren los resultados de las medidas y estará exenta de lubricantes. Si por cualquier necesidad fuese necesario aplicar lubricante, como en la medición del titanio, deberá indicarse en el informe.
• Si se realizase el ensayo en superficies esféricas o cilíndricas, se deberán tener en cuenta ciertas correcciones.
• Para comenzar el ensayo se ajusta el penetrador en el durómetro.
• La duración de la aplicación de la fuerza preliminar (F₀) no será superior a 3 segundos y el tiempo transcurrido en la aplicación de la carga oscilará entre 1-8 segundos.
• El espesor de la probeta deberá ser como mínimo 10 veces la profundidad de la huella permanente.
• La distancia entre centros de huellas próximas será de al menos 4 veces el diámetro de la huella y siempre mayor de 2 mm.
• La distancia entre el centro de la huella al borde de la pieza será de 2,5 veces el diámetro de la huella, pero nunca inferior a 1mm.
• Temperatura ambiente.

Designación de la dureza Rockwell

• Ejemplo: 59 HRB W. La dureza obtenida tiene un valor de 60 generada mediante el método de dureza Rockwell, empleando la escala (B) de ese sistema y utilizando una bola de material duro.