Se estudia la dureza de dos piezas: una de acero normal y otra de acero templado.
- Determinar la dureza Brinell de la pieza de acero normal si en el ensayo se usa como penetrador una bola de 12 mm de diámetro y se obtiene una huella de 4.5 mm de diámetro. La constante del ensayo es K = 30 kp/mm2. (1 punto)
- Calcular la dureza Vickers de la pieza de acero templado si en el ensayo se aplica una carga de 65 kp y se obtiene una huella de diagonal 0.372 mm. (1punto)
- Explicar en qué consiste el ensayo mecánico de fatiga e indicar algún ejemplo de piezas a las que se les realizaría dicho ensayo (0.5 puntos)
a. Para determinar la dureza Brinell se usa la expresión:
![\[ HB=\frac{2·F}{\pi · D · (D-\sqrt{D^2-d^2})} \]](https://technoteacher.es/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-c148bf1f3b4b66b0c660d2e7fd1c10b8_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
La carga con la que se realiza el ensayo podemos obtenerla a partir de la constante del mismo:
![\[ F= k · D^2=30 \frac{kp}{mm^2}·(12 mm)^2=4320 kp \]](https://technoteacher.es/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-51c7124ef5f00c533d70a0d35458c979_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Tenemos entonces:
![\[ HB = \frac{2 \cdot 4320 kp}{\pi \cdot 12mm \cdot (12 mm-\sqrt{(12mm)^2-(4.5mm)^2}}= 261.7 \frac{kp}{mm^2} \]](https://technoteacher.es/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-3a61efea4a82a67cc23056a1d7a86874_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
b. La dureza Vickers se calcula a través de la expresión:
![\[ HV=\frac{1.854 \cdot F}{d^2}=\frac{1.854 \cdot 65 kp}{(0.372 mm)^2}=870.8\frac{kp}{mm^2} \]](https://technoteacher.es/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-2ff7b6a43ea65fe40bed6d7bd0e5a2e3_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
c. En un ensayo de fatiga, una probeta del material se somete a ciclos repetidos de tensión y compresión (o flexión, torsión, etc.) en un rango de carga específico y a una frecuencia determinada. El ensayo continúa hasta que la probeta falla (se fractura) o hasta que se alcanza un número predefinido de ciclos sin falla. Los resultados se suelen graficar en una curva S-N (tensión vs. número de ciclos), que muestra la tensión máxima que el material puede soportar sin fallar para un determinado número de ciclos.
Finalidad y utilidad: La finalidad del ensayo de fatiga es comprender cómo un material se comporta bajo condiciones de carga realistas donde las fuerzas fluctúan. Esto es crucial para el diseño de componentes que experimentarán cargas variables a lo largo de su vida útil.
Ejemplos de piezas a las que se les realizaría dicho ensayo:
El ensayo de fatiga es fundamental para componentes que están expuestos a ciclos de carga y descarga durante su funcionamiento. Algunos ejemplos comunes incluyen:
- Ejes de transmisión y cigüeñales: En motores y maquinaria, estos componentes están constantemente sometidos a esfuerzos de torsión y flexión que varían con el giro.
- Álabes de turbinas y palas de hélices: En motores a reacción, turbinas eólicas o barcos, estas piezas experimentan fuerzas cíclicas debido a la rotación y el flujo de fluidos.
- Muelles (resortes): Ya sean en suspensiones de vehículos o en mecanismos de máquinas, los muelles se comprimen y expanden repetidamente.
- Vigas y estructuras de puentes: Experimentan cargas cíclicas debido al tráfico rodado o ferroviario y a las vibraciones.
- Trenes de aterrizaje de aeronaves: Soportan impactos repetitivos y flexiones durante los despegues y aterrizajes.
- Componentes de válvulas y bombas: Las piezas móviles que abren y cierran, o que generan presión y flujo, están sujetas a ciclos de carga.
- Herramientas de corte: experimentan esfuerzos cíclicos durante el proceso de mecanizado.