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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