Transcript PROPIED MECANICAS DE LOS MATERIALES B

PROPIEDADES
MECÁNICAS DE
LOS MATERIALES
Son las características inherentes que
permiten diferenciar un material de otros,
desde
el
punto
de
vista
del
comportamiento
mecánico
de
los
materiales en ingeniería, y también
describen la forma como un material se
comporta frente a una fuerza externa
aplicada, con el fin de conocer sus
respectivas propiedades.
Las Propiedades De Un Material
Dependen De:
La estructura que presente el material.
 Del proceso o procesos que haya sufrido.
 De la composicion quimica.

PROPIEDADES
Maleabilidad: Consiste en la posibilidad
de transformar algunos metales en
láminas delgadas sin que se rompa. Ejm:
el aluminio como conservante de
alimentos.
 Ductilidad: Propiedad que poseen
ciertos metales para poder estirarse en
hilos delgados o varillas.Ejm: oro, plomo.


Tenacidad: Propiedad que tienen algunos
materiales de soportar sin deformarse, ni
romperse los esfuerzos básicos que se les
apliquen. Implica que el material tiene
capacidad de absorber energía. Ejm:
Azufre.

Dureza: Resistencia que un material
opone a la penetración o a ser rayado por
otro cuerpo. Ejemplo, el diamante.
Plasticidad: Aptitud de algunos materiales
sólidos de adquirir deformaciones
permanentes, bajo la acción de una presión
o fuerza exterior sin que se produzca una
rotura.
 Elasticidad: capacidad de algunos
materiales para recobrar su forma y
dimensiones primitivas cuando cesa el
esfuerzo que había determinado su
deformación.


Fragilidad: Capacidad de un material de
fracturarse con escasa deformación. La
rotura frágil tiene la peculiaridad de
absorber relativamente poca energía.

Rigidez: capacidad de un objeto sólido o
elemento estructural para soportar
esfuerzos sin adquirir grandes
deformaciones o desplazamientos
RESISTENCIA MECÁNICA
Capacidad para soportar esfuerzos
aplicados
sin
romperse,
adquirir
deformaciones
permanentes
o
deteriorarse de algún modo cierto
material.
 La resistencia tensil: es importante para
un material que va a ser extendido o va a
estar bajo tensión. Las fibras necesitan
tener buena resistencia tensil.
DEFORMACIÓN
Es el cambio en el tamaño o forma de un
cuerpo debido a esfuerzos internos
producidos por una o más fuerzas
aplicadas sobre el mismo.

Elástica o reversible: Si la deformación
se recupera al retirar la carga.

Plástica o irreversible: Si la deformacion
persiste despues de retirar la carga.
Medidas De la Deformación
La magnitud más simple para medir la
deformación es lo que en ingeniería se
llama ξ = deformación ingenieril, axial o
deformación unitaria y se define como el
cambio de longitud por unidad de longitud.
http://www.steeluniversity.org/content/html/spa/def
ault.asp?catid=150&pageid=2081271532
Analizando las probetas después de
fracturadas, es posible medir varios
parámetros:
1.Deformación total d = (Lf – Lo) = ∆L
2.Deformación ingenieril o unitaria
ξ = (Lf – Lo) / Lo = ∆L / Lo
Si este valor se multiplica por 100 dará
el % de deformación o Ductilidad.
ESFUERZO
Carga aplicada o Fuerza que intenta
deformar un objeto (una probeta en un
ensayo de tracción o compresión dividida
por el área transversal de la probeta).
Esfuerzo=
Fuerza/área sección transversal
TIPOS DE ESFUERZO
Dependiendo de la dirección y sentido
relativos entre las fuerzas actuantes y la
posición del cuerpo sobre el cual actúan:
•
•
Esfuerzo de tracción: Fuerza que
intenta separar o estirar una muestra de
prueba, tienden a alargar el cuerpo.


Esfuerzo de compresión: Fuerza que
intenta aplanar o “apretar” un material, es
perpendicular a la sección transversal del
cuerpo, pero este esfuerzo tiende a
acortar dicho cuerpo.
Esfuerzo de torsión: Tipo de esfuerzo
de desplazamiento que intenta torcer un
material de forma encontrada.

Esfuerzo de flexión: Cuando sobre el
cuerpo actúan fuerzas que tienden a
doblar el cuerpo. Esto produce un
alargamiento de unas fibras y un
acortamiento de otras. Este tipo de
esfuerzos se presentan en puentes, vigas
de estructuras, perfiles que se curvan en
máquinas.
TIPOS DE ENSAYOS
Para conocer las cargas que
pueden soportar los materiales, se
efectúan ensayos para medir su
comportamiento en distintas
situaciones.
ENSAYO DE TRACCIÓN
Es el ensayo destructivo mas importante
pues suministra información sobre la
resistencia mecánica de los materiales
utilizados en el diseño y también para
verificación de especificaciones de calidad
MÁQUINAS DE TRACCIÓN
Probetas usadas ensayo de tracción
Medidas iniciales:
Lo = longitud inicial.
D o = diámetro inicial.
Máquina de ensayo
Mordaza
La probeta se somete a una serie de
fuerzas crecientes y de alguna manera se
miden sus respectivas deformaciones,
 o sea que tenemos varias F y sus
correspondientes deformaciones o
longitudes finales

Determinación de las dimensiones
finales de la probeta luego del ensayo.
Lf = longitud final.
 Df = diámetro final.



De ahí puedo obtener ∆L y por tanto las
deformaciones ingenieriles
ξ = (Lf – Lo) / Lo = ∆L / Lo
Y de igual manera los esfuerzos mediante
Esfuerzo σ = F/Ao =
Fuerza/área sección transversal


Al graficar σ vs. ξ
la siguiente forma
tengo una gráfica de
CURVA DE ESFUERZODEFORMACION
Describe la relación entre el esfuerzo y la
deformación
1.ESFUERZO DE FLUENCIA O
CEDENCIA.

LLAMAMOS ESFUERZO DE FLUENCIA O
CEDENCIA AL MENOR VALOR DEL
ESFUERZO PARA EL CUAL SE PRODUCE
UNA DEFORMACIÓN PERMANENTE O
DEFORMACIÓN PLÁSTICA.
NOTA: EN LA PRÁCTICA EL ESFUERZO DE
FLUENCIA, EL LÍMITE PROPORCIONAL Y EL
LÍMITE ELÁSTICO SON EQUIVALENTES
PARA MUCHOS MATERIALES.
2. EL ESFUERZO MÁXIMO ÚLTIMO o
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN.

EL VALOR DEL ESFUERZO MÁXIMO O
ÚLTIMO ES EL MAYOR VALOR DEL
ESFUERZO EN LA CURVA σ vs. ξ O
TAMBIÉN EL VALOR DEL ESFUERZO PARA
EL PUNTO DE MÁXIMA CARGA EN EL
ENSAYO; ESTOS VALORES Y LOS
ANTERIORES SE ENCUENTRAN
TABULADOS PARA LA MAYORÍA DE LOS
MATERIALES. A A PARTIR DE ESTE σ max.
SE PRODUCE DEFORMACIÓN CON MENOR
σ.
3. EL ESFUERZO DE FRACTURA O
ROTURA.

EL ESFUERZO DE FRACTURA ES EL VALOR
DEL ESFUERZO AL CUAL SE PRODUCE LA
FRACTURA DEL MATERIAL.
GENERALMENTE ES MENOR QUE EL σ
MÁXIMO O CUANDO NO IGUAL.

LOS VALORES DE RESISTENCIA A LA
TRACCIÓN, LÍMITE ELÁSTICO Y ESFUREZO
DE ROTURA SON MEDIDAS DE
RESISTENCIA MECÁNICA.
MODULO DE RESILIENCIA

Cuando se hace un ensayo el material absorbe energía.

Se denomina módulo de resilencia o resiliencia
elástica de un material, a la energía absorbida por
este durante la deformación elástica, y que
desprende luego de retirar la carga en el material.

Este valor es la energía por unidad de volumen requerida para
llevar el material desde un esfuerzo cero hasta el valor de
esfuerzo de fluencia o limite elástico.
Se calcula midiendo el área bajo la curva de la
región elástica.
El área es triangular( ver gráfica)
Módulo de resilencia = σ(ced) . ξ (ced) / 2
LA tenacidad en Tensión es la
energía total que el material
absorbe inmediatamente antes
de fracturarse.
Se determina por el área total
bajo la curva σ vs. ξ
LEY DE HOOKE
Corresponde a la línea recta de la grafica.
Nos indica que en la zona elástica el
esfuerzo es directamente proporcional a la
deformación unitaria y la constante de
proporcional es E.


La zona elástica: es aquella donde una
vez eliminada la fuerza o carga el material
regresa a sus dimensiones iniciales.
Limite elástico: Si se estira o se
comprime más allá de cierta cantidad, ya
no regresa a su estado original, y
permanece deformado.
MÓDULO DE YOUNG= E
El módulo de elasticidad o módulo de
Young es una medida de la rigidez del
material y corresponde a la pendiente E
de la recta inicial de la curva esfuerzodeformación, donde se hace posible
aplicar la ley de Hooke. Mientras mayor es
el valor de E, mas rígido es el material y
menor será la deformación elástica total.
Valores del módulo de Young o de
elasticidad en kg/cm2

MATERIAL












ACERO TEMPLADO 2.200.000 A 2.500.00
ACERO SIN TEMPLAR 2.000.000 A 2.200.000
HIERRO HOMOGÉNEO 1.800.000 A 2.000.000
BRONCE 2.000.000
COBRE 1.150.000
FUNDICIÓN GRIS 900.000 A 1.050.000
FUNDICIÓN GRAFITO ESFEROIDAL 1.700.000
MADERAS DURAS 80.000 A 140.000
MADERAS SEMIDURAS 60.000 A 80.000
MADERAS BLANDAS 40.000 A 60.000
HORMIGÓN 100.000
Nº SAE o
AISI
Resistencia
a la tracción
Rm
2
Límite de
fluencia
Re
2
Alargamiento
en 50 mm
Dureza
Brinell
Kgf / mm
Mpa
Kgf/mm
Mpa
%
1010
40,0
392,3
30,2
292,2
39
109
1015
42,9
420,7
32,0
313,8
39
126
1020
45,8
449,1
33,8
331,5
36
143
1025
50,1
491,3
34,5
338,3
34
161
1030
56,3
552,1
35,2
345,2
32
179
1035
59,8
586,4
38,7
377,5
29
190
1040
63,4
621,7
42,2
413,8
25
201
1045
68,7
673,7
42,2
413,8
23
215
1050
73,9
724,7
42,2
413,8
20
229
1055
78,5
769,8
45,8
449,1
19
235
1060
83,1
814,9
49,3
483,5
17
241
1065
87,0
853,2
51,9
509,0
16
254
1070
90,9
891,4
54,6
535,4
15
267
1075
94,7
928,7
57,3
560,9
13
280
1080
98,6
966,9
59,8
586,4
12
293
PROBETAS
Se emplean en general de formas
cilíndricas, en las cuales la relación
altura/diámetro se toma como una
constante. El valor de esta relación tiene
influencia en los resultados.
http://www.steeluniversity.org/content/html/spa/def
ault.asp?catid=149&pageid=2081271512
Probeta durante el ensayo de
tracción

FRACTURA COPA Y CONO(dúctil)
MATERIALES FRÁGILES
ENSAYO DE COMPRESIÓN
Consiste en someter una probeta
normalizada del material que se va a
ensayar a esfuerzos progresivos y
crecientes de compresión en la dirección
de su eje , hasta que se rompa o hasta
que ocurra el aplastamiento.
ENSAYO DE FLEXIÓN
Consiste en someter la probeta del
material, apoyada libremente en sus
extremos, a una fuerza aplicada en el
centro, o dos iguales aplicadas a la misma
distancia de los apoyos.
Máquina de ensayo de flexión
ENSAYO DE TORSIÓN
El ensayo de torsión es un ensayo en que
se deforma una muestra aplicándole un
par torsor (sistema de fuerzas paralelas
de igual magnitud y sentido contrario).
Ensayo de torsión
ENSAYO DE FATIGA
Método
para
determinar
el
comportamiento de los materiales bajo
cargas fluctuantes. Se aplican a una
probeta una carga media específica (que
puede ser cero) y una carga alternante y
se registra el número de ciclos requeridos
para producir la falla del material (vida a la
fatiga). Por lo general, el ensayo se repite
con probetas idénticas y varias cargas
fluctuantes.
FLUENCIA LENTA (CREEP)
El estudio de la relajación (creep) de
materiales analiza las variaciones en el
tiempo del estado de tensión-deformación
por la permanencia de cargas aplicadas.
En algunos casos, el efecto de la
relajación adquiere importancia por las
modificaciones que ocasiona en la
configuración de elementos resistentes.
FIN