Unidad 2. Indicadores de Propiedades Resistentes
10- Cuestiones y Ejercicios 
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Problema 2.12 En un ensayo de dureza Vickers se ha utilizado una carga de 30 kp, obteniéndose 0,320 y 0,324 mm para las diagonales de la huella. Calcúlese la dureza.

HV = P/S = 2P sen 68°/d2 = 1,8544 P/d

Siendo d la diagonal de la huella. Si las diagonales son distintas se toma la media aritmética.

d = (d1 + d2)/2

En este caso:
d = 0,322

Problema 2.13 La escala del reloj comparador en un durómetro Rockwell está dividida en 100 partes, correspondiendo a un total de 1 mm. teniendo en cuenta que la relación entre las indicaciones del reloj comparador y el movimiento de la punta de diamante es de 5:1, determínese:

 a) La profundidad que corresponde a cada división del comparador y al total de la escala.
 b) La profundidad de huella correspondiente a HRc = 60 
a)  A la vista de la relación entre las indicaciones del reloj y el movimiento de la punta del cono de diamante, cada división del reloj corresponde a:

1/5 · 1/100 = 1/500 mm = 2 micras,

que es la equivalencia en profundidad de cada unidad Rockwell.
La amplitud total de medida es 200 micras.

b)  Puesto que HRc = 100 - e, será:

e = 100 - HRc = 100 -60 = 40 divisiones,
equivalente a 40 · 2 = 80 micras

Problema 2.14 Una probeta de acero Cr-V (E = 210 GN m-2), de 100 mm de longitud requiere una fuerza de 4000 daN para producirle una deformación total de 0,125 mm y 14000 daN para ocasionar la rotura. Con estos datos, se pide la penetración que producirá una bola en un ensayo de dureza HRb.
La tensión que produce la deformación indicada será:

con lo que la sección de la probeta será, considerando s = F / S,

de manera que la carga de rotura será:

y con ello, la dureza Brinell podrá expresarse como:

y relacionando la dureza Rockwell con la dureza Brinell tendríamos:

con lo que podremos calcular ya la penetración de la bola, mediante la expresión:

con lo que e = 53.4 mm.

Problema 2.15 Un componente estructural de chapa de un diseño de ingeniería debe soportar 207 MPa de tensión. Si se usa una aleación de aluminio 2024-T851 para esta aplicación, ¿cuál es el mayor tamaño de grieta que este material puede soportar? Considerar el factor de intensidad de tensiones, KIC = 26,4 MPa.m1/2

con o cual la grieta tendrá unas dimensiones de:

5.177 mm si es exterior, y,
10.355 mm si es una grieta centrada.
Problema 2.16 ¿Cuál es el tamaño más grande (en mm) de una grieta interna que una lámina gruesa de aleación de aluminio 7178-T651 puede soportar aplicándole un esfuerzo: 
a) 3/4 del esfuerzo de fluencia; 
b) 1/2 del esfuerzo de fluencia. Considerar: sesfuerzo fluencia = 570 MPa y KIC = 23.1 MPa . m1/2
a) Los 3/4 del esfuerzo de fluencia será, 570 x 0.75 = 427.5 MPa, por lo que:

b) La mitad del esfuerzo de fluencia será igual a 285 MPa, con lo que:

Problema 2.17 El máximo esfuerzo que actúa en la superficie de una barra cilíndrica cuando se aplica una fuerza que la flexiona en un extremo es:

                                        Esfuerzo aplicado (Mpa)


Número de ciclos de esfuerzo
Diagrama de esfuerzo y número de ciclos a la fractura de un acero de herramientas

donde: l es la longitud de la barra, F es la carga, y, d el diámetro.

Se aplica una fuerza de 2900 N. a una barra de acero para herramientas que gira a 3000 ciclos por minuto. La barra tiene un diámetro de 2,5 cm. y una longitud de 30 cm.

 a) Determinar el tiempo tras el cual la barra falla.
 b) Calcular el diámetro de la barra que evitaría el fallo por fatiga.
a)
Por tanto:
b) Límite de resistencia a la fatiga:
L.F. (sf) = 400 MPa.


d3 = 22.1 . 10-6 m3;           d = 0.028 m = 28 mm.

                                               Esfuerzo aplicado (Mpa)


Número de ciclos de esfuerzo

Problema 2.18 Determina el modelo de resistencia, exponencial amortiguado, a la rotura por fatiga a tracción de un material del que se disponen los sigueintes datos:

 . Tensión de rotura: 750 MPa.
 . Una pieza de sección circular de este material, de 2.5 mm de diámetro sometida a una carga de tracción oscilante de 0 a + 2000 N, no ha sufrido fractura después de un número ilimitado de ciclos. Diámetros inferiores si sufren fractura.
 . Una pieza de sección circular de ese mismo material, de 2.1 mm de diámetro sometida a la misma carga de sección oscilante, ha sufrido fractura después de 103 ciclos.
La tensión de rotura corresponde a la carga para un ciclo, así como el límite de fatiga sería el correspondiente a la carga,

Considerando la expresión del modelo analítico correspondiente a la resistencia a fatiga,

con los valores analíticos s0 = 750 MPa, sf = 407 MPa, y s = 577 MPa cuando n = 103 ciclos. Sustituyendo en el modelo general

El modelo de resistencia será, por lo tanto:


 
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