Normatividad para pruebas de materiales

1.1.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES

La industria moderna ha cimentado su desarrollo en un conjunto de reglas que determinan las características que deben cubrir los materiales, los productos, la maquinaria o los procedimientos.

Dichas reglas implementadas adecuadamente, constituyen los estándares o normas industriales, cuya aplicación ha sido factor determinante del desarrollo científico y tecnológico, solo alcanzado por algunos países de nuestro planeta.

Las normas establecen con presiciòn el reconocimiento de calidad, estimulando la confianza del consumidor, dan prestigio al fabricante, fomentan la organización de estructuras sólidas para el incremento de una producción masiva, simplificando los procesos y aumentando la eficiencia del trabajo, reducen los costos y aumentan los beneficios.

En general se dice que una norma (una regla) es la que determina dimensiones, composición y demás características que debe poseer un material producto u objeto industrial; establecido de común acuerdo con la autoridad gubernamental competente y los principales usuarios. La cual se usará como base comparativa durante un tiempo determinado.

1.2.- NORMAS: A.I.S.I., A.S.M.E., A.S.T.M., A.W.S., D.I.N., S.A.E., A.S.N.T., D.G.N.

En los Estados Unidos de América se establecieron las bases para el desarrollo industrial por medio de asociaciones o sociedades, las cuales son agrupaciones científicas y técnicas de profesionales. Científicos expertos que a través de comités o grupos de trabajo desarrollan las normas, teniendo por objetivo suministrar los conocimientos, experiencias y habilidades de sus miembros relativas a los materiales, productos, componentes, sistemas, servicios y múltiples actividades, de tal manera que resulten efectivamente útiles a la industria, gobierno, instituciones educativas, profesionales y publico en general, a través de acciones cooperativas y especializadas.

A continuación mencionaremos algunas:

A.I.S.I.- (American Iron and Steel Institute) Instituto Americano del Hierro y el Acero.

A.S.M.E. – (American Society of Mechanical Engineers) Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos.

A.S.T.M.- (American Society of testing Materials ) Sociedad Americana para prueba de Materiales.

A.W.S.- (American Welding Society) Sociedad Americana de soldadura. S.A.E.- (Society American of Engineers) Sociedad Americana de Ingenieros.

N.E.M.A.- (Nacional Electrical Manufacturers) Asociación Nacional de Fabricantes de Aparatos Eléctricos.

A.N.S.I.- (American Nacional Standars Institute ) Instituto Nacional Americano de Estándares.

1.2.1.- DEPENDENCIAS NACIONALES E INTERNACIONALES

Debido a la necesidad de producir materiales, equipos de la mejor calidad que sean competitivos mundialmente. Cada país cuenta con un departamento Gubernamental de Normalización como ejemplos tenemos:

D.G.N.- Dirección General de Normas

A.N.S.I.- Instituto Nacional Americano de Estándares

D.I.N.- Normas Industriales de Alemania

A.B.N.T.-Asociación Brasileña de Normas Técnicas

N.C.- Dirección de Normas y Metrologia

B.S.- Instituto Británico de Estándares

E.N.- Comité Europeo de Normalización

MEXICO EE.UU. ALEMANIA BRASIL CUBA INGLATERRA EUROPA

A nivel mundial tenemos varias Organizaciones y/o Comisiones, como:

I.S.O.- Organización Internacional de Estandarización

IEC.- Comisión Electrotécnica Internacional

CEE.- Comunidad Económica Europea

COPANT.-Comisión Panamericana de Normas Técnicas

CODEX.- Comisión de Codex Alimenticios

México por medio de la D.G.N., es miembro de la ISO., de la COPANT y de la CODEX

1.2.2.- N. O. M. (Norma Oficial Mexicana).

La DGN de la secretaría de Industria y Comercio de México, emite las normas y recomendaciones para los fabricantes y usuarios; además cualquier fabricante de algún producto puede conseguir un número NOM, con el cual se indica que el material o producto cubre una serie de normas. El ostentar el número NOM incrementa la confiabilidad del usuario al adquirir dicho producto.

En Ingeniería especialmente en Mecánica se pueden utilizar las normas NMX (Norma Mexicana). Todas las normas contienen las siglas iniciales seguida de un guión con una letra mayúscula, seguida de un guión y un número progresivo continuo, con un guión y el año en que se emite, y/o actualiza.

1. NORMA INDUSTRIAL.

2. NORMA DE PROCESO.

3. NORMA DE MATERIAL.

4. NORMA DE CALIDAD.

5. NORMA DE SEGURIDAD.

6. NORMA DE DIBUJO, ETC.

1.2.3.- A.S.T.M. (Sociedad Americana para el Ensaye de Materiales).

De gran interés e importancia para quienes efectúan ensayos o inspección de materiales; la ASTM desempeña doble función.

a) Normalización de las especificaciones y los métodos de prueba o ensaye de los materiales, los cuales se realizan por comités permanentes.

b) Mejoramiento de los materiales de Ingeniería, la cual se logra a través de investigaciones de comités y miembros individuales, los resultados obtenidos se hacen públicos en la revista de la asociación.

1.2.4.- I. S. O. (Organización Internacional de Estándares).

La DGN pertenece a esta organización y toda la documentación que emite ISO puede ser adaptada por el país. En México la DGN adapto las normas ISO 9000 y les puso el distintivo NMX -CC – número progresivo – año de emisión y las siglas IMNC.

UNIDAD II

2.- ENSAYOS DESTRUCTIVOS

OBJETIVO.

Son aquellos que sirven para determinar las propiedades y características de un material sometidos en algunos casos hasta su ultima resistencia.

Estos ensayos se dividen en dos grupos:

a) Estáticos. b) Dinámicos.

ENSAYOS ESTATICOS.

Estos son:

? Dureza.

? Tensión.

? Compresión

? Flexión.

? Torsión.

ENSAYOS DINAMICOS.

Los ensayos dinámicos se caracterizan por tener un movimiento para desarrollar la prueba o ensayo, los cuales son:

? Dureza.

? Impacto

? Fatiga.

2.1.- DUREZA.

PRINCIPIOS.

Cualidad de la materia que tiene que ver con la solidez y firmeza del material

DEFINICIÓN.

Es la propiedad que tienen los materiales de resistirse a ser rayados o penetrados.

Esta propiedad no constituye una característica específica de los materiales sino que esta íntimamente ligada con las propiedades elásticas y plásticas.

OBJETIVO.

Ensayo para determinar una característica del material por medio de una muestra.

2.1.1.- EQUIPOS Y MATERIALES DE PRUEBA. DUROMETROS.

Existe gran variedad en lo que respecta a durómetros porque los hay para probar polímeros, cerámicos, metales y materiales compuestos.

El Durómetro tipo A-2 se usa para probar hule y plásticos suaves. El tipo D para probar hules y plásticos duros.

Estos durómetros difieren principalmente por el punto de penetración, la magnitud de la carga aplicada al penetrador por medio de un resorte calibrado.

El durómetro tipo D tiene el penetrador más agudo y más fuertemente cargado, el resorte que acciona la penetración de la punta.

La dureza obtenida con estos durómetros es una medida de la profundidad de penetración; La cual varia desde 100 para una penetración 0 dependiendo de la profundidad de penetración la dureza se indicará automáticamente en la escala de la carátula; La máxima penetración es de 100 milésimas.

Existen durómetros para Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop y Shore.

El ensayo de dureza se puede aplicar en la maquina universal de 5 toneladas, así mismo se pueden efectuar el de tensión, compresión, corte y embutido, instalando los dispositivos adecuados para cada ensayo.

DISPOSITIVOS DE MEDICIÓN.

Para el ensayo de Brinell se usa el microscopio portátil de 20x, con una legibilidad de 0.01mm., para medir el diámetro de la huella que deja el penetrador sobre la superficie de la probeta.

MATERIALES DE PRUEBA.

El ensayo se puede aplicar a materiales ferrosos, no ferrosos, aleaciones por ejemplo:

El espesor de la probeta debe cumplir lo especificado en la norma que es: en la superficie opuesta al ensayo no deben aparecer huellas u otras marcas, por lo tanto es espesor debe ser cuando menos 10 veces la profundidad de la huella. La distancia del centro de la huella a la orilla de la probeta debe ser cuando menos 3 veces el diámetro de la misma. Las caras de la probeta deben ser paralelas. Una de las caras de la probeta debe de estar pulida con un material de tipo fino, con el fin de evitar malos ensayos por impurezas.

– la prueba debe ser realizada a un mínimo de tres veces el diámetro de la huella de separación de cada lado de la probeta (figura 1).

– la probeta deberá tener un ancho mínimo de 10 veces la profundidad de la huella

(figura 2).

– La separación entre las huellas de diferentes ensayos deberá ser de un mínimo de dos veces el diámetro de la huella (figura 3).

La probeta que usaremos son de las dimensiones siguientes 50 x 50 x 10 mm.

2.1.2.- PROCEDIMIENTOS Y METODOS DE PRUEBA.

El ensayo de dureza comúnmente se aplica a metales y a cualquier otro tipo de material por lo tanto se clasifican en tres grupos:

• Burdo

• Rebote.

• Penetración.

a).- Burdo. Este método se subdivide en rayado, esmerilado, corte, limado y acústico. El ensayo de dureza tipo RAYADO.

Es para determinar la resistencia que opone un material usando diferentes minerales o polvos; este método también se conoce como rasguño de la escala de MOHS establecido en 1882. La escala mineralógica esta formada por 10 materiales que van del más suave al más duro, los minerales ocupados fueron numerados en la forma siguiente:

1. Talco laminar.

2. Yeso cristalizado.

3. Calcio.

4. Fluorita (Espato flúor).

5. Apatíta.

6. Feldespato.

7. Cuarzo.

8. Topacio.

9. Corindón (Zafiro).

10. Diamante.

MÉTODO DE ESMERILADO (Ensayo de chispa)

La prueba de la chispa producida por una muela, usando materiales ferrosos (aceros y fundiciones) el cual consiste en tomar una muestra del material que se requiere conocer su dureza, pasándolo sobre la piedra de esmeril o contra la piedra de esmeril, la chispa puede ser de diferente coloración, intensidad y forma; en función de la dureza será la cantidad del material arrancado.

En este proceso impera la experiencia de la persona que lo efectúa, en algunos casos se tienen contratipos de materiales ya analizados que sirven de referencia.

MÉTODO DE CORTE

Si sometemos un material a un esfuerzo de corte, este opondrá una resistencia que dependerá de la dureza de dicho material. Entre más duro mayor resistencia opondrá (no olvide que el espesor del material también influye).

MÉTODO ACUSTICO

Por medio del sonido se puede comprobar la dureza de un material. Entre más elevado o más agudo es el sonido del material al golpearlo con otro, será mayor la dureza de dicho material.

b).- Ensayo de dureza dinámico.

Los primeros ensayos de dureza dinámica fueron los de RODMAN, el experimento con un penetrador piramidal en 1881. Investigaciones posteriores se llevaron a cabo utilizando un pequeño martillo con extremo esférico comprobando los ensayos de RODMAN. El escleroscopio de SHORE probablemente el dispositivo más utilizado de tipo dinámico, en el cual el rebote del balín determina la dureza del material.

c).- Dureza de penetración. (Ensayos estáticos de dureza por indentación).

Es el más empleado en la industria actualmente y se basa en la medición de una huella que produce un penetrador al incidir sobre la superficie de un material bajo una carga determinada. Estos ensayos son Brinell, Rockwell, Vickers y KNOOP.

2.1.3.- MACRODUREZA.

Los ensayos considerados son Brinell y Rockwell debido al tamaño de la huella que se produce al incidir el material con el penetrador.

2.1.3.1.- BRINELL

Este método fue creado por el ingeniero Juan Augusto Brinell en 1900.

Consiste fundamentalmente en oprimir una esfera de acero endurecido contra una probeta manteniendo la carga durante un tiempo determinado, de acuerdo con la norma Mexicana: NMX – B – 116- 1996 –SCFI.-Industria siderurgica.- Determinación de la dureza Brinell en materiales metálicos. Métodos de prueba. (ASTM – E – 140 – 1988).

La norma nos indica que para una prueba estándar, se debe de usar una esfera de 10 mm de diámetro, con una carga de 3000 Kg para metales duros y un tiempo de aplicación de 10 a 15 segundos.

Así mismo la norma considera otros materiales regulando aplicar 1500 kg para metales de dureza intermedia y 500 kg. Para metales suaves.

Los rangos de dureza para cargas que indica la norma son:

La carga "P" nunca debe exceder a 3000 kg. Esta se usará para materiales duros (Acero): la de 1 500 kg. Para materiales de dureza intermedia (cobre): la de 500 Kg. para materiales suaves (magnesio).

La norma nos indica hacer cinco ensayos distribuidos al azar y en el punto 3.2.2. Indica que la prueba de Brinell no se recomienda para materiales que tengan una dureza mayor a 630 DB. Además contiene tablas con tres columnas que indican 3000, 1500 y 500 Kgf y por renglón indican de 2.00 mm a 6.99 mm el diámetro de la huella (estos números del diámetro van incrementándose cada centésima de milímetro por lo tanto se tienen cubiertos todos los números de dureza.

Tiempos recomendados en ESIME para ensayos en diferentes materiales:

A).- Materiales Duros (acero y hierro) de 10 a 15 segundos como mínimo. 3000 kg. B).- Materiales Semiduros (metales no ferrosos) de 30 a 45 segundos. 1500 kg.Cobre, Bronce n C).- Materiales Suaves (magnesio y aluminio) de 120 a 180 segundos. 500kg.

El penetrador es de carbuloy (Carburo de tungsteno) en tres diámetros l0, 5, 2.5 mm.

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