Transcript Propiedades mecánicas de los materiales Elasticidad

Propiedades mecánicas de los
materiales
Elasticidad: capacidad de ciertos materiales de sufrir deformaciones cuando se
encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma
original si se eliminan estas fuerzas exteriores que lo deformaban.
Módulo de elasticidad: es una medida de la rigidez inherente del material (Mpa
ó lb/pulg2)
Plasticidad: capacidad mecánica de un material, de deformarse
permanentemente cuando se encuentra sometido a fuerzas por encima de su
límite elástico.
Ductilidad: capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin
romperse permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material, bajo la
acción de una fuerza, por ejemplo: cobre.
Maleabilidad: capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin
romperse permitiendo obtener láminas delgadas, bajo la acción de una fuerza,
por ejemplo: cobre.
Propiedades mecánicas de los
materiales
Fragilidad: capacidad de un material de romperse con escasa
deformación. La rotura frágil absorbe poca energía, a diferencia
de la rotura dúctil, que absorbe mucha energía.
Tenacidad: es la habilidad de un material para absorber energía
durante la deformación plástica. Cuantifica la cantidad de
energía absorbida por unidad de superficie de rotura bajo la
acción de un esfuerzo progresivo. Se mide con el ensayo:
tensión-deformación.
La tenacidad se utiliza mucho, pero es difícil de medir. La forma
de concretar el concepto es calcular el área bajo la curva de
esfuerzo – deformación.
Dureza : es la oposición que presenta un material a ser rayado,
cortado o penetrado.
Propiedades mecánicas de los
materiales
Resiliencia: es la magnitud que cuantifica la cantidad de energía
absorbida por unidad de superficie al romperse por efecto de
un impacto. Se mide con el ensayo Charpy. Se mide en Julios por
metro cuadrado : J/m2 (SI);o kgf·m/cm2; o kp·m/cm2
Acritud: es la propiedad de un metal de aumentar su dureza, su
resistencia a tracción y su fragilidad debido a la deformación en
frío.
Fatiga: deformación o rotura de un material si se le somete a la
acción de cargas periódicas (alternativas o intermitentes) con
cargas menores a la de rotura del material al actuar un número
de veces o un tiempo determinado.
Propiedades mecánicas de los
materiales
Maquinabilidad: propiedad de un metal de dejarse mecanizar
con arranque de viruta. Son muy mecanizables la fundición gris y
el bronce, con virutas cortadas en forma de escamas.
El acero dulce y las aleaciones ligeras de alta tenacidad,
producen virutas largas y no son muy mecanizables.
Colabilidad: capacidad de un metal fundido para rellenar
completamente el molde y así producir piezas fundidas
completas y sin defectos. Por ejemplo: fundición de hierro, de
bronce, de latón y de aleaciones ligeras.
Relaciones esfuerzo - deformación
Tipos de esfuerzo:
• Esfuerzo de tensión
• Esfuerzo de compresión
• Esfuerzo cortante
La curva esfuerzo – deformación es la relación
básica que describe las propiedades mecánicas
para los tres tipos.
Deformación Elástica
Fluencia
Deformación Plástica
Estricción
Gráfica esfuerzo vs deformación
Propiedades ante la tensión
Tipos de curvas de deformación
1. Curva de esfuerzo - deformación de ingeniería: es una prueba de
tensión que se define en relación con el área y longitud originales
de la probeta.
Tipos de curvas de deformación
2. Curva de esfuerzo – deformación verdadera: se toma en cuenta el área
real (instantánea) que es cada vez más pequeña conforme la prueba
avanza.
Esfuerzo de ingeniería
Se define como la fuerza dividida entre área original;
e 
F
A0
Donde:
σe = esfuerzo de ingeniería, MPa ó lb/pulg2
F = fuerza aplicada durante la prueba, N ó lb
A0 = área original de la probeta, mm2 ó pulg2
Deformación de ingeniería
Se puede calcular en cualquier punto de la prueba está dada por;
e
L  L0
L0
Donde:
L = longitud en cualquier punto durante el estiramiento(mm)
L0 = Longitud inicial(mm)
Ley de Hooke
Se aplica en la zona elástica donde la deformación es lineal.
 e  E e
Donde:
E = módulo de elasticidad (MPa)(lb/pulg2) (medida de rigidez
del material)
Resistencia a la tensión
TS 
F máx
A0
Elongación
EL 
L f  L0
L0
Reducción del área
AR 
A0  A f
A0
Ejercicios
1. Una prueba de tensión usa un espécimen(probeta) de
prueba que tiene una longitud de medición de 50 mm, y
un área de 200 mm2. durante la prueba, el espécimen se
vence bajo una carga de 98 000 N. la longitud de medición
correspondiente es de 50,23 mm. Esto es el 0,2% del punto
del punto de deformación. La carga máxima de 168 000 N
se alcanza con una longitud de medición de 64,2 mm.
Determine:
a) Resistencia de vencimiento(resistencia a la fluencia,
límite elástico)
b) El módulo de elasticidad
c) La resistencia a la tensión.
Fórmulas
e 
TS 
F
A0
F máx
A0
e
L  L0
L0
EL 
L f  L0
L0
 e  E e
AR 
A0  A f
A0
Determinación del límite elástico
Si se disponen las tensiones en función de las deformaciones en un gráfico se
observa que, en un principio y para la mayoría de los materiales (los
elastómeros no lo cumplen, por ejemplo), aparece una zona que sigue una
distribución casi lineal, donde la pendiente es el módulo de elasticidad E. Esta
zona se corresponde a las deformaciones elásticas del material hasta un punto
donde la función cambia de régimen y empieza a curvarse, zona que se
corresponde al inicio del régimen plástico. Ese punto es el límite elástico.
Debido a la dificultad para localizarlo exactamente y con total fidelidad, ya que
en los gráficos experimentales la recta es difícil de determinar y existe una
banda donde podría situarse el límite elástico, en ingeniería se adopta un
criterio convencional y se considera como límite elástico la tensión a la cual el
material tiene una deformación plástica del 0.2% (o también ε = 0.002)
Ejercicios
2. En el problema 1 la fractura ocurre a una longitud de medición
de 67,3 mm. Determine:
a) La elongación porcentual
b) Si el espécimen se estrangula cuando el área es de 92 mm2,
determine la reducción porcentual del área.
Ejercicios
3. El espécimen en una prueba de tensión tiene una longitud
de medición de 2,0 pulg, y un área de 0,5 pulg2. Durante
la prueba el espécimen se vence bajo una carga de 32 000
lb. la longitud de medición correspondiente es de 2,0083
pulg. Esto es el 0,2% del punto del punto de deformación.
La carga máxima de 60 000 lb se alcanza con una longitud
de medición de 2,60 pulg. Determine:
a) Resistencia de vencimiento(resistencia a la fluencia,
límite elástico)
b) El módulo de elasticidad
c) La resistencia a la tensión.
Ejercicios
4. En el problema 3 la fractura ocurre cuando la longitud de
medición es de 2,92 pulg. Determine:
a) La elongación porcentual
b) Si el espécimen se estrangula cuando el área es de 0,25 pulg2,
determine la reducción porcentual del área.