Materiales Sustancias Propiedades -Fabricación de Estructuras -Maquinarias -Otros productos -Químicas -Físicas -Mecánicas -Estáticas y Económicas -Fabricación Estructura interna *Comportamiento *Utilidad
Propiedades Mecánicas Comportamiento bajo fuerzas exteriores aplicadas *Fuerzas de Tensión *Compresión *Cíclicas o Fatiga *Fuerzas a altas temperaturas Cantidades: Esfuerzo y/o Deformación Son: *Resistencia *Rigidez *Elasticidad *Plasticidad *Capacidad Enérgica
Esfuerzo Intensidad de las fuerzas componentes internas distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo Esfuerzo = Fuerza / Unid. De Área Tipos básicos: *Tensivo *Compresivo *Corte Deformación Cambio de forma de un cuerpo, provocado por el esfuerzo, cambio térmico, de humedad, etc. Esfuerzo – Deformación Cambio lineal Se mide un Unidades de Longitud Torsión Ángulo de Deformación
Ejemplos: Fórmula deformación: ? = e / L [m /m] donde, ? : es la deformación unitaria e : es la deformación (? l) L : es la longitud del elemento a) Representación esquemática de como una carga de tracción produce un alargamiento. b) Deformación por compresión c) Deformación por esfuerzo cortante d) Deformación debida a esfuerzos de torsión Nota: Las líneas ocultas representan el cuerpo antes de la deformación. Se lo expresa en (%)
Deformación Elástica y Plástica Capacidad de deformarse NO permanentemente Elasticidad Número de deformaciones limitadas Al retirar el esfuerzo vuelve a sus dimensiones originales Plasticidad Átomos no recuperan su posición original Se usa para indicar la capacidad de deformación elástica o plástica sin que ocurra la ruptura Medida cuantitativa
Ensayos de Materiales Aportar información acerca de la calidad de un producto, o de control Recabar información nueva o mejorar acerca de materiales conocidos o desarrollar nuevos materiales Obtener medidas exactas de las propiedades fundamentales Arribar a un nuevo entendimiento de los materiales conocidos Descubrir las propiedades de materiales nuevos Elaborar normas de calidad o procedimientos de ensayos significativos
Tipos de Ensayos Mecánicos Forma en que la carga es inducida Condición del material o probeta al momento del ensayo Condición de los alrededores en el momento del ensayo (condición ambiente)
Factores involucrados en el modo en que la carga es aplicada Esfuerzo inducido Velocidad en que se aplica la carga Número de veces en que se aplica la carga Tipos primarios de cargas *Estático *Dinámico *Larga Duración Mayor número de ensayos realizados con una misma carga *Tensión *Compresión *Corte directo *Torsión *Flexión
Tensión (s) Elongación y deformación positiva lineal Uniaxial distribuida uniformemente s= F / Ao [N / m2] Evalúa propiedades mecánicas importantes Resistencia principalmente de metales y aleaciones Usualmente hasta la fractura, incrementando la tensión
Deformación en sección central más estrecha Extremos sometidos en una máquina por medio de soportes o mordazas La máquina mide la carga aplicada y la elongación resultante por medio de extensómetro Duración de pocos minutos y muy destructivo, hasta deformación permanente o ruptura Zonas en la curva de tensión: -Elástica -Plástica -Estricción
Diferentes estados de fractura durante un ensayo de Tracción: Cuello inicial. Formación de pequeñas cavidades. (c) coalescencia de cavidades para formar grietas. (d) propagación de grietas. (e) fractura final por corte a 45° con respecto a la dirección de tracción.
Propiedades Mecánicas en Ensayos de Tensión 1.- Módulo de Elasticidad 2.- Límite Elástico 0,2% 3.- Resistencia a la Tensión 4.- Porcentaje de Elongación a la Fractura 5.- Porcentaje de Reducción en el Área de Fractura Módulo de Elasticidad Deformación elástica Fórmula de Hooke: s = ? * E E = s / ? donde, E es el módulo de elasticidad o módulo de Young s es el esfuerzo o tensión ? es la deformación Fuerza de enlace entre átomos Material con módulo elástico alto son relativamente rígidos y no se deforman fácilmente
Límite elástico (esfuerzo de fluencia convencional) No se puede establecer un límite exacto Se establece 0,2% de deformación plástica
Resistencia Máxima a la Tensión o tensión de fractura Punto máximo en la curva de tensión deformación Deformación, decrecimento localizado en su sección La tensión decrecerá al aumentar la deformación, hasta la rotura Porcentaje de elongación (Estiramiento) Ductilidad del material Se expresa como porcentaje Mayor ductilidad Mayor elongación Da una idea acerca de la calidad del material %elongación = ((l – lo) / lo) * 100%
Porcentaje de reducción en área Ductilidad Diámetro de sección inicial y al fracturar % reducción del área = ((Ao – Af) / Ao) * 100%
Dureza Resistencia a ser rayado o penetrado (Resistencia al desgaste) Mohs o Mineralógica Mecánico o de Penetración Se calcula mediante una serie de minerales de más blando a mayor dureza Resistencia a rayaduras Escala de Mohs Talco Yeso Calcita Fluorita Apatito Feldespato Cuarzo Berilo Corindón Diamante Resistencia a ser penetrado por otro elemento Ensayos: Brinell Vickers Rockwell Distintos elementos con determinada fuerza contra el material Se obtiene dividiendo la fuerza aplicada por la huella que deja en el material
Resiliencia Mide la tenacidad Capacidad de almacenar energía en forma de deformación plástica, antes de romperse Ensayo de Charpy Tenaz o de alta resiliencia Deformación importante antes de romperse Baja resiliencia Frágiles, leve deformación antes de romperse
Fractura Separación en dos o más partes como consecuencia de una tensión Fractura dúctil Fractura frágil Importante deformación plástica en la zona de rotura Leve deformación plástica Fatiga Sometimiento a cargas cíclicas por un valor menor al de rotura soportado Elementos sin defectos Elementos con defectos Ejemplos: Bielas, ejes, etc. Nucleación de fisuras Crecimiento de fisuras hasta llegar a un tamaño crítico (Rotura frágil) Ejemplos: puentes, barcos, aviones, etc. Uniones entre piezas Origen de las fisuras
Termofluencia Fluencia lenta y continua Deformación plástica Sometimiento a altas temperaturas y carga constante Aumenta valor de fluencia cuando aumenta la temperatura o la carga aplicada, o el tiempo que la carga actúa Fricción Rozamiento de dos piezas aplicándoseles una fuerza
Aspectos generales de falla de materiales Falla Alteración del comportamiento característico de acuerdo a alguna propiedad física básica Deslizamiento o flujo Acción del esfuerzo cortante Separación o fractura por fisura Inducidas por esfuerzos tensivos Pandeo compresión Provocada por una carga distinta de la carga primaria compresiva