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Propiedades mecanicas de los materiales
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COMPUTACION APLICADA
PROPIEDADES MECÁNICAS
INTEGRANTES:
FERNANDA JAQUE
VANESSA LOPEZ DECIMO“A”
ENSAYO DE MATERIALES Testing Materials
Determinación de larespuesta del material a laaplicación de una fuerza
Esfuerzopromedio=carga/área deesfuerzo
Resistencia a la tensión =Tendencia a estirar unmiembro
esfuerzo de compresión =Tendencia a comprimir(aplastar) un cuerpo-miembro
esfuerzo cortante =
Tendencia a dividir un
miembro
Esfuerzo torsional =
Tendencia a girar un
miembro
Esfuerzo Flexionante =
Tendencia a flejar-curvar
un miembro
Deformación: Cambio en
Dimensiones (largo)
Tensión=deformación/Larg
o del miembro
MÁQUINA UNIVERSAL DE
ENSAYO UTM
Universal testing
machine
Es usada para medir
la respuesta del
material a las tres
principales formas
de esfuerzo
DIAGRAMA ESFUERZO
DEFORMACIÓN
Stress/StrainDiagram
Elasticidad.-habilidad delmaterial para volvera su forma originalcuando esdescargado
Plasticidad.-habilidad delmaterial parapermanecerdeformado sin
PROPIEDADES MECANICAS
Mechanical properties
Propiedades derivadas del diagrama Diagrama esfuerzo Deformación
Resistencia al Impacto
Dureza
Fatiga
Creep
Esfuerzo a la rotura
PROPIEDADES DERIVADAS
DEL DIAGRAMA ESFUERZO
DEFORMACION
Properties derived from stress/strain
diagram
Tracción/rotura
Rigidez
Ductilidad
Módulo de Resiliencia
Módulo de Tenacidad
RESISTENCIA A LA ROTURA
Ultimate strength
Es la máxima resistencia del material a loscambios de forma y es igual a cargamáxima/Area de esuerzo
LIMITE ELASTICO Yield Strength
El límite elástico es el esfuerzo correspondiente al punto inicial de deformación plástica.
RIGIDEZ Stiffness
Es la resistencia
del material a la
deformación
elástica y es
determinada por el
módulo de
elasticidad E o
módulo de Young
DUCTILIDAD Ductility
Es la medida para la propiedad plástica de un material y se calcula por las siguientes formulas
% ductilidad = punto de ruptura en el eje deformación * 100
% elongación = cambio de longitud/longitud original
% reducción de área = Cambio área/área original
MODULO DE RESILIENCIA
Modulus of
Resilience
Es la máxima
cantidad de
energía elástica
por unidad de
volumen que un
material puede
absorber
TENACIDAD
Toughness
Es la máxima
cantidad de
energía plástica
por unidad de
volumen que un
material puede
absorberCantidad total de energía
que absorbe un cuerpo
que se deforma hasta su
fractura
• Una carga por impacto se define como el efecto dinámico que actúa sobre una estructura, móvil o estática, tiene una carga aplicada de corta duración debido a su movimiento.Ensayos de carga de
impacto
The impact tester
• Para medir la energía requerida (ft.lb) para fracturar la muestra
Tipo péndulo
• La muestra Charpy (viga I horizontal)
• La muestra Izod(viga en voladizo vertical)
Utiliza cualquiera de los dos probetas entalladas estándar
Ensayos Charpy
Ensayo dinámico
Consiste en la rotura de una probetaentallada colocada entre dos apoyos
mediante un solo golpe
Sólo pueden compararse los resultados obtenidos con probetas de identica forma y de iguales medidas.
Ensayos Izod
Ensayo destructivo dinámico de resistencia al choque
Consiste en romper una probeta de sección cuadrangular de 10x10 mm
a través de tres entalladuras que tiene situadas en distintas caras
El procedimiento se repite para cada entalladura.
• Temperatura a la cual el material dúctil se vuelve quebradizo
• Bajo esta temperatura, la tenacidad disminuye
Temperatura de transición o temperatura de
ductilidad nula. (NDT)
• La temperatura de transición, de los materiales seleccionados debe ser inferior a la temperatura de aplicación.
En la selección de materiales para una aplicación de baja
temperatura, para evitar la caída de la tenacidad
Estudio de caso de la selección de material
Dos materiales son válidos de la siguiente manera:
• a. Acero bajo en carbono
• b. Aluminio de la misma resistencia a la fluencia como el acero,
Seleccionar un tipo de material para un coche
chocado para las siguientes aplicaciones:
I) Coche chocado permanecerá intacto
después de un impacto de baja velocidad
II) Una mejor protección de la tripulación en caso de colisión de alta velocidad
APLICACION I APLICACION II
1 Absorción de la Energía Elástica Absorción del la Energía Plástica
2 Modulo de Resiliencia Módulo de Dureza
3Seleccion de una w superior al Módulo de Resiliencia
Selección de una w superior al Módulo de Dureza
4 Selecciónuna w menor al E Selección una w mayor al % de el
5 Selección Aluminio (ESt = 3EAl) Selección del acero (St%el = 3Al%el)
Dureza
Hardness
Resistencia de la superficie de material contra las abolladuras y
los rayaduras.
La dureza de la superficie sirve como un factor en la selección
de un material para aplicaciones de contacto deslizante, tales como engranajes, frenos y
embragues, rodamientos de bolas / rodillos, etc.
Esta propiedad es especifica en los forjados de ingeniería para
la fabricación o fines de tratamiento térmico.
Las aleaciones metálicas tienen buena dureza, aleaciones de
fundición y cerámica son materiales muy duros.
Dureza
Hardness
El tipo más común de medición (destructiva) se basa en la calibración ya sea la
• profundidad (rockwell, rockwell superficial)
• o el diámetro (Brinell, Vickers, Knoop
Otras medidas (no destructiva) son dependientes de la frecuencia
natural (sonodur), la altura de la propiedad de rebote (orilla) de los
materiales.
Número de especificación de la dureza:
XXX H X X
hardness # code method rockwell scale
Dureza Código Método Escala
Penetrador Carga Aplicación
Diamante 1 -2000 g Microdureza de los aceros suaves a la cerámica
Esfera 500 & 3000 g Aceros y metales blandos hasta 40 HRC
Esfera 100 kg Aceros suaves y metales no ferrosos
Esfera 15, 30 & 45 kg Metales blandos finos
Diamante 15, 30 & 45 kg Metales finos duros
Diamante 50 kg Carburos cementados
Esfera 10 kg Polímeros
Aguja Resorte Elastómeros
Diamante 150 kg Metales endurecidos (espesor)
Ejemplos
1 50-60 HRC Significa: un valor de dureza de 50 a 60 utilizando la escala Rocwell C.
2 85 HR15T maxSignifica: un valor de dureza máxima de 85 utilizando la escala Rockwell Superficial 15T.
3 185-240 1 kgf HVSignifica: un valor de dureza de 185 a 240 con el probador de dureza Vickers y una carga de prueba de 1 kilogramo-fuerza.
4 500 200gF HK minSignifica: un valor de dureza mínimo de 500 utilizando el medidor de dureza Knoop y una carga de prueba de 200 gramos-fuerza.
Especificación de números de dureza para metales
Fatiga
Fatigue
Se define que un material trabaja a
fatiga cuando soporta cargas que
varían cíclicamente con el tiempo.
Fallo por fatiga se producen después de una
serie de ciclos (vida) de los esfuerzos.
La resistencia a la fatiga es un
factor importante en el proceso de
selección de materiales para
aplicaciones de carga cíclicos.
• Un punto en la superficie pasa a través de una inversión de esfuerzo completa desde la tensión a la compresión con cada rotación.
Un eje de rotación bajo una carga transversal se utiliza
para determinar la capacidad de un material para resistir
esfuerzos cíclicos.
• S y N son compilados para diferentes condiciones de carga, y se utilizan para la construcción del diagrama de fatiga S-N.
La resistencia (S) y el número de ciclos (N) en las que el
componente de la falla se registran.
El límite de resistencia es una fuerza
a la fatiga bajo el cual el
componente tiene vida
indefinida, como se muestra en la
figura.
Resistencia a la fatiga de los metales
de ingeniería son aproximadamente el
50% de su resistencia a la tracción, la
cerámica no se utilizan en la carga
cíclica.
Los materiales
poliméricos y
compuestos están muy
sometidos a la fatiga.
• Es un proceso lento de la
deformación plástica que
tiene lugar cuando un
material se somete a una
condición constante de
carga (esfuerzo) por
debajo de su límite
elástico para un cierto
período de tiempo.
Flujo plástico
Creep
• Fluencia puede ser un
factor de selección
importante en metales de
baja temperatura de
fusión y polímeros.
La mayoría de los metales
solamente fluyen cuando
están sometidos a esfuerzo a
una temperatura elevada (0,5
de su temperatura de fusión
absoluta).
• La deformación unitaria
se mide dentro del
período de tiempo.
El ensayo de fluencia se
lleva a cabo simplemente
sometiendo un tipo de
muestra a un esfuerzo
constante mientras se
encuentra en una cámara
climatizada.
• decreciente, en estado estacionario, y el aumento de los valores, como se muestra en la figura.
La fluencia ocurre en 3 etapas;
• Dos valores de fluencia más comunes usados son 1% el/10, 000hr, y el 1% el/100, 000hr.
Resistencia a la fluencia es el esfuerzo requerido para
causar valores promedios específicos de fluencia a una
temperatura dada.
Rotura por Esfuerzo
Stress Rupture
• Similar al ensayo de fluencia
• Determina el esfuerzo a la que una parte fallará bajo una carga constante a temperatura elevada
Sin embargo, es diferente en dos formas
• 1) las variables controladas son el esfuerzo y la temperatura,
• 2) la variable medida es el tiempo requerido para la falla.
Esta prueba tiene la ventaja de necesitar menos tiempo para realizar la prueba.
Ensayo de rotura por esfuerzo es importante para metales o cerámicas destinadas a un servicio de alta temperatura.
• Esta prueba no se realiza normalmente en polímeros.
• Concentración de Esfuerzos
ANÁLISIS DE FALLAS
• El esfuerzo inducido en el área de la muesca se ampliará por un factor de concentración de esfuerzos:
Si un elemento con carga contiene una
ranura, agujero, cualquier irregularidad en la
geometría,
• Kf es el factor de concentración de esfuerzos, y aparece en tablas para diferentes irregularidades en la geometría bajo diferentes condiciones de carga (es decir, la tensión, flexión, torsión)
• S es el esfuerzo en el miembro sin irregularidad en la geometría (es decir, = Carga / área)
• Smax es el esfuerzo local en la región de una concentración de esfuerzos
Donde