PROPIEDADES MECANICASLas propiedades mecnicas describen el comportamiento de un material sometido a fuerzas mecnicas. Los materiales que se emplean en aplicaciones de soporte de cargaINTRODUCCIONDEFORMACION Y FRACTURA DE LOS MATERIALES EN INGENIERIA Todos los materiales sufren cambios de dimensiones como respuesta a las fuerzas mecnicas. Este fenmeno se llama DEFORMACION. Si el material regresa a su tamao y forma original cuando se quita la carga, se dice que la deformacin es ELASTICA. Si la aplicacin y eliminacin de una carga da como resultado un cambio permanente de forma , se dice que se presento una deformacin PLASTICA. Y si el componente estructural se separa en dos o mas fragmentos se conoce como FRACTURA. Cuando en un componente se presenta una fractura ya no es posible continuar con su funcin pero es posible que el componente presente una incapacidad funcional sin que exista fractura, a esto se le conoce como falla

3El ensayo de tensin mide la resistencia de un material a una fuerza esttica o gradualmente aplicada. Un dispositivo de ensayo es una probeta de dimetro de 0.505 pulg y una longitud calibrada de 2 pulg. La probeta se coloca en la maquina de pruebas y se le aplica una fuerza F, que se conoce como carga. Para medir el alargamiento del material causado por la aplicacin de fuerza en la longitud calibrada se utiliza un extensmetro. ENSAYO DE TENSIONENSAYO DE TENSION

ENSAYO DE TENSION

Esta mquina universal de ensayos realiza traccin, compresin, y la prueba de flexin de los materiales metlicos. En combinacin con equipos de prueba opcional, la mquina puede realizar pruebas en madera, hormign, cermica, caucho, plstico y muchos otros materialesPara un material dado, los resultados de un solo ensayo son aplicables a todo tamao y forma de muestras, si se convierte la fuerza en esfuerzo y la distancia entre marcas calibradas en deformacin. El esfuerzo y la deformacin se definen mediante las ecuaciones siguientes:

Ao = rea original de la seccin transversal de la probeta antes de iniciarse el ensayo. lo=distancia original entre las marcas calibrada. l= distancia entre las mismas despus de haberse aplicado la fuerza FLa curva esfuerzo deformacin se utiliza para registrar los resultados del ensayo de tensinESFUERZO Y DEFORMACION

CURVA ESFUERZO DEFORMACION PARA UNA ALEACION DE ALUMINIO

UNIDADESLas unidades mas comunes para el esfuerzo son lb por plg2 (PSI) y el megapascal (MPa). Las unidades de deformacin pueden ser pulg/pulg, cm/cm y m/m. La deformacin es adimensional

PROPIEDADES OBTENIDAS CON EL ENSAYO DE TENSIONA partir de un ensayo de tensin se puede obtener informacin relacionada con la resistencia , rigidez y ductilidad de un material.ESFUERZO DE CEDENCIA: esfuerzo al cual la deformacin plstica se hace importante. En los metales es el esfuerzo requerido para que las dislocaciones de deslicen. Es el esfuerzo que divide los comportamientos elstico y plstico del material.

PROPIEDADES OBTENIDAS CON EL ENSAYO DE TENSION

Hierro fundido grisAcero al bajo carbonoEs el esfuerzo mximo sobre la curva esfuerzo - deformacin. En muchos materiales dctiles, la deformacin no se mantiene uniforme. En cierto momento, una regin se deforma mas que otra y ocurre una reduccin local de importancia en la seccin recta, que se conoce como zona de estriccin. La resistencia a la tensin es el esfuerzo al cual se inicia el encuellamiento o estriccin.

RESISTENCIA A LA TENSIONPROPIEDADES ELASTICASEl MODULO DE ELASTICIDAD o MODULO DE YOUNG, E, es la pendiente la curva esfuerzo-deformacin en su regin elstica. Esta relacin es la Ley de Hooke:Este modulo esta relacionado con la energa de enlace de los tomos. Una pendiente muy acentuada o abrupta en la grafica fuerza-distancia en la zona de equilibrio indica que se requieren de grandes fuerzas para separar los tomos y hacer que el material se deforme elsticamente (modulo de elasticidad alto. El modulo es una medida de la rigidez del material. Un material rgido, con un alto modulo de elasticidad, conserva su tamao y su forma incluso al ser sometido a una carga en la regin elstica.

Comparacin Del Comportamiento Elstico Del Acero Y El Aluminio MODULO DE RESISTENCIA (Er) es el rea que aparece bajo la porcin elstica de la curva esfuerzo - deformacin, es la energa elstica que un material absorbe o libera durante la aplicacin y liberacin de la carga aplicada respectivamente.

LA RELACIN DE POISSON, relaciona la deformacin elstica longitudinal producida por un esfuerzo simple a tensin o compresin, con la deformacin lateral que ocurre lateralmente.En general, la relacin de Poisson es aproximadamente 0.3

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Propiedades elsticas y temperaturas de fusin de materiales seleccionados DUCTILIDAD:Mide el grado de deformacin que puede soportar un material sin romperse. Se puede medir la distancia entre las marcas calibradas en una probeta antes y despus del ensayo. El % de elongacin representa la distancia que la probeta se alarga plsticamente antes de la fractura..

17EFECTO DE LA TEMPERATURALas propiedades a la tensin dependen de la temperatura. El esfuerzo de cedencia, la resistencia a la tensin y el modulo de elasticidad disminuyen a temperaturas mas altas, en tanto que la ductilidad se incrementa. Un fabricante quiz desee deformar un material a una alta temperatura (trabajo en caliente) para aprovechar esa mayor ductilidad y los menores esfuerzos requeridos. 18EFECTO DE LA TEMPERATURA

19EL ENSAYO DE FLEXIONEn muchos materiales frgiles no se puede efectuar con facilidad en ensayo de tensin debido a la presencia de defectos de superficie. A menudo con solo colocar un material frgil en las mordazas de la maquina de tensin este se rompe. Estos materiales se pueden probar utilizando el ensayo de flexin. Al aplicar la carga en tres puntos causando flexin, acta una fuerza que provoca tensin sobre la superficie, opuesta al punto medio de la probeta. La fractura iniciara en este sitio. La resistencia a la flexin o modulo de ruptura describe la resistencia del material.

20Resistencia a La Flexin o Modulo De Ruptura

F es carga a la fractura,

21Modulo de FlexinSe calcula en la regin elstica, y es deflexin de la viga al aplicarse una fuerza F

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Curva esfuerzo de flexin para el MgO, obtenida a partir de un ensayo de flexin 23

24EL ENSAYO DE DUREZAEl ensayo de dureza mide la resistencia de la superficie de un material a la penetracin por un objeto duro. Las de uso mas comn son los ensayos ROCKWELL y BRINELL. En el ensayo de dureza Brinell, una esfera de acero duro (por lo general de 10 mm de dimetro), se oprime sobre la superficie del material. Se mide el dimetro de la impresin generada, comnmente de 2 a 6 mm, y se calcula el numero de dureza o ndice de dureza Brinell (HB o BHN) a partir de la ecuacin siguiente:

Donde F es la carga aplicada en kilogramos, D es el dimetro del penetrador en mm, y Di es el dimetro de la impresin en mm

25EL ENSAYO DE DUREZAEl ensayo de dureza Rockwell utiliza una pequea bola de acero para materiales blandos y un cono de diamante para materiales mas duros. La profundidad de la penetracin es medida automticamente por el instrumento y se convierte en ndice de dureza Rockwell (HR). Se utilizan diversas variantes del ensayo Rockwell. La escala Rockwell C (HRC) se utiliza para aceros duros, en tanto que para medir la dureza del aluminio se selecciona la escala Rockwell F (HFR)

26EL ENSAYO DE DUREZA

27EL ENSAYO DE DUREZALos ensayos Vickers (HV) y Knoop (HK) son pruebas de microdureza; producen penetraciones tan pequeas que se requiere de un microscopio para obtener su medicin. Los ndices de dureza se utilizan como base de comparacin de materiales, de sus especificaciones para la manufactura y tratamiento trmico, para el control de la calidad y para efectuar correlaciones con otras propiedades de los mismos. La dureza se relaciona con la resistencia al desgaste, por ejemplo, materiales que se utilizan para moler o los dientes de los engranes de transmisin.28EL ENSAYO DE DUREZA29ENSAYO DE IMPACTOEl ensayo de impacto se utiliza para evaluar la fragilidad de un material cuando se somete a un golpe sbito e intenso, con una velocidad de aplicacin del esfuerzo extremadamente grande. Entre estos ensayos se encuentra el Charpy y el ensayo Izod. Un pndulo pesado, que inicia su movimiento desde una altura ho, describe un arco y posteriormente golpea y rompe la probeta; llega a una altura final hf menor. Si se conocen las alturas inicial y final del pndulo, se puede calcular la diferencia en su energa potencial. Esta diferencia es la energa de impacto absorbida durante la falla o ruptura de la probeta. La capacidad de un material para resistir cargas de impacto se conoce como tenacidad. 30ENSAYO DE IMPACTO

31ENSAYO DE IMPACTO

En el ensayo Charpy, la energia por lo general se expresa en libra-pie (lb.pie) o en Joules ( 1 lb.pie = 1.356 JLos resultados del ensayo Izod se expesan en lb.pie/plg o J/ m32PROPIEDADES OBTENIDAD DEL ENSAYO DE IMPACTOTEMPRERATURA DE TRANSICION VITREA: Temperatura a la cual un material cambia de un comportamiento dctil a un comportamiento frgil

33PROPIEDADES OBTENIDAD DEL ENSAYO DE IMPACTOSENSIBILIDAD A LAS MUESCAS: Las muescas causadas por un maquinado, fabricacin o diseo defectuoso son concentradoras de esfuerzos y reducen la tenacidad de los materiales. La sensibilidad a las muescas de un material puede evaluarse comparando las energas absorbidas por probetas con y sin muescas.

34ENSAYO DE FATIGAA menudo un componente esta sujeto a la aplicacin cclica de un esfuerzo inferior al esfuerzo de cadencia del material. Este esfuerzo puede ocurrir por rotacin, flexin o vibracin. Aun cuando el esfuerzo este por debajo del limite elstico, el material puede fallar despus de numerosas aplicaciones de dicho esfuerzo. Este tipo de falla se conoce como fatiga. Etapas de la falla por fatiga

35ENSAYO DE FATIGA

Un mtodo comn para medir la resistencia a la fatiga de un material es el ensayo de la viga en voladizo rotatoria.

36ENSAYO DE FATIGADespus de un numero suficiente de ciclos, la probeta puede fallar. Generalmente, se prueba una serie de muestras a diferentes esfuerzos.

37RESULTADOS DEL ENSAYO DE FATIGAEl ensayo de fatiga dice el tiempo o numero de ciclos que resistir una pieza o la carga mxima permisible que se puede aplicar para prevenir la falla del componente .IGAESFUERZO LIMITE PARA FATIGA: esfuerzo por debajo del cual existe una probabilidad del 50% de que ocurrir una falla por fatiga, es el criterio de diseo preferido. Esfuerzo debajo del cual nunca ocurrir la rupturaVIDA A FATIGA: indica cuanto resiste un componente a un esfuerzo en particular. RESISTENCIA A LA FATIGA: Es el esfuerzo mximo con el cual no ocurrir fatiga en un numero particular de ciclos. Es necesaria al disear con materiales como el aluminio y los polmeros, ya que estos no tienen un esfuerzo limita para fatiga

38ENSAYO DE TERMOFLUENCIASi se aplica un esfuerzo a un material que esta a una temperatura elevada, este puede estirarse y finalmente fallar, aun cuando el esfuerzo aplicado sea menor que el del esfuerzo de cedencia a dicha temperatura. La deformacin plstica a alta temperatura se conoce como termofluencia.

En el ensayo de termofluencia se aplica un esfuerzo constante a una probeta calentada a alta temperatura. En cuanto se aplica el esfuerzo, la probeta se deforma elsticamente una pequea cantidad que depende del esfuerzo aplicado y el modulo de elasticidad del material a esa temperatura.39ENSAYO DE TERMOFLUENCIA

Las curvas esfuerzo-ruptura permiten estimar la vida esperada de un componente para una combinacin esfuerzo y temperatura en particular

Para una aleacin de hierro cromo nquel 40PROPIEDADESMaleabilidad: Consiste en la posibilidad de transformar algunos metales en lminas 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 bsicos que se les apliquen. Implica que el material tiene capacidad de absorber energa. Ejm: Azufre.

Dureza: Resistencia que un material opone a la penetracin o a ser rayado por otro cuerpo. Ejemplo, el diamante. Plasticidad: Aptitud de algunos materiales slidos de adquirir deformaciones permanentes, bajo la accin de una presin 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 haba determinado su deformacin.

Fragilidad: Capacidad de un material de fracturarse con escasa deformacin. La rotura frgil tiene la peculiaridad de absorber relativamente poca energa.

Rigidez: capacidad de un objeto slido o elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones o desplazamientos RESISTENCIACapacidad para soportar esfuerzos aplicados sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algn modo cierto material. La resistencia tensil: es importante para un material que va a ser extendido o va a estar bajo tensin. Las fibras necesitan tener buena resistencia tensil.