Primer examen parcial jueves (4) cuatro del mes de septiembre de 2014 Incluye todos los temas vistos hasta el momento incluidos los temas de los trabajos

ITMPROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESAgosto 2014Marco Tulio Gmez Ochoa 3166234530Tulito.ochoa@gmail.com

REFLEXION

UNIDADES DE PRESION

ESFUERZO NOMINAL O INGENIERILTENSION INGENIERIL Es la relacin entre carga aplicada sobre el rea transversal real

DEFORMACION = Relacin entre la diferencia de longitud final menos la longitud inicial Sobre la longitud inicial

ESFUERZO CORTANTE esfuerzo cortante

A= rea paralela al esfuerzoF= carga o fuerza aplicada

MODULO DE YOUNGla pendiente de la cuerva tensin deformacin en la zona elstica, es el modulo elstico o modulo de Young.

LEY DE HOOKELa linealidad de la curva tensin deformacin en la zona elstica corrobora la ley de Hooke

LIMITE DE PROPORCIONALIDAD L.PEs aquel punto de la grafica en el que se cumple que los esfuerzos son proporcionales a la deformaciones ley de Hooke

Es clave resaltar que este valor es el que se toma como mximo esfuerzo a que ser sometido un material para seleccin y aplicacin en ingeniera

LIMITE ELSTICOPunto de la grafica a partir del cual el material comienza un comportamiento inelstico, es decir la deformacin pasa a ser plstica el material no recupera su forma inicial.

Diagrama esfuerzo deformacin puntos claves

ESFUERZO DE COMPRESIN

Diferentes graficas de la curva esfuerzo deformacin para materiales diferentes

Puntos de cedencia (Y.P)1 Superior 2 inferior son los puntos en que con pequeos esfuerzos el material sufre grandes deformaciones

Esfuerzo ultimoEsfuerzo mximo o limite de resistencia, es el esfuerzo mximo terico por que asume que el rea de la seccin transversal es constante

Zonas de la grafica esfuerzo deformacin

Punto de rupturaCoincide con el esfuerzo mximo real y el aparente con el esfuerzo mximo o ultimo que considera el rea constante

DOBLADO Y PRUEBAS DE MATERIALESPrueba de doblado denominada tambin prueba de flexin

PRUEBA DOBLADO

=TRS= resistencia a la ruptura transversal (MPa) Un Mpa 1000.000PaPASCA = N/m

F= carga aplicada al ocurrir la fractura

L= longitud entre los apoyos

b= ancho de la seccin

t= altura de la seccin

Definiciones de algunas propiedadesDuctilidad:Tenacidad:Maleabilidad:Fragilidad:

DUCTILIDADcapacidad para dejarse estirar en forma de hilos.

TENACIDADCapacidad para absorber energa sin deformarse o romperse

MALEABILIDADCapacidad para formar laminas o para deformarse en todas las direcciones

FRAGILIDADCapacidad de un material de fracturarse con una escasa deformacin

COLABILIDAD Aptitud que posee un material fundido para llenar un molde.

Acritud Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en algunos materiales por la deformacin en frio

Zonas importantes en la grafica esfuerzo deformacin

Teora de la accin elstica

TEORA ELSTICALA GRAFICA MUESTRA UNA DEFORMACIN PLSTICA A NIVEL INTERATMICO CAUSADA POR ESFUERZOS DE TRACCIN Material antes de ser sometido a esfuerzos de traccin

Material despus de ser sometido a esfuerzos de traccinObsrvese que las distancias interatmicas han aumentado.

IMPERFECCIONESEstas tienen un profundo efecto en el comportamiento de los materiales: Dislocaciones imperfecciones lineales en una red que de otra forma seria perfecta.

Dislocaciones imperfecciones lineales en una red que de otra forma seria perfecta.

INTERPRETACIN DE LAS DISLOCACIONES E IMPERFECCIONES PUNTUALES Y LAS PROPIEDADES MECNICAS

Explica por que la Resistencia es menor que el valor del enlace en los metales.

El deslizamiento de las dislocaciones le da ductilidad a los metales.

Al interferir obstculos al deslizamiento de las dislocaciones lo que implica una mayor fuerza para producir el desplazamiento

MECANISMOS PARA EL MEJORAMIENTO DE LA RESISITENCIA DE UN MATERIALEndurecimiento por deformacin incrementando el numero de Dislocaciones .

MECANISMOS PARA EL MEJORAMIENTO DE LA RESISITENCIA DE UN MATERIALTrabajo en frioRecocidoReduccin del tamao del granoSolucin solida ( defectos intersticiales y sustitucionales) Endurecimiento por dispersin(tomos grandes)Transformaciones polimrficas(diferentes estructuras cristalinas con la misma composicin qumica.

DIFUSIN Es el movimiento de los tomos en un materialEl movimiento es predecibleEs funcin de la concentracin y de la temperaturaLa difusin es necesaria en :tratamientos trmicosSoldadurasCermicosSolidificacin de materiales

Endurecimiento superficiales

Temple superficialCarburizacionCementacinCianuraci;onCarbunitruracinNitruracion

ENERGA Y DIFUSIN

Imperfecciones y difusin

Las estructuras cristalinas y la difusin ylos diferentes materiales

ESTABILIDAD ATMICA DEPENDE DELas imperfecciones en las redes cristalinas (intersticiales y vacancias)Los tomos dentro de la estructuras cristalinas no son estables PUESTO QUE VIBRAN POR EFECTO DE LA TEMPERATURA La interaccion de la temperatura los defectos o imperfecciones y la concentracin generan el fenmeno de la difusin.Este movimiento esta relacionado mediante la siguiente ecuacin o ecuacin de Arrhenius Velocidad de reaccin = C0exp (-Q/RT)

DIFUSIN ATMICA EN SLIDOSLa difusin se puede definir como el transporte de materia a travs de la materia.Este movimiento esta relacionado mediante la siguiente ecuacin o ecuacin de Arrhenius Velocidad de reaccin = C0exp (-Q/RT)Sustituciones Intersticial

Factores que afectan la difusin El tipo de mecanismo de difusinLa temperaturaLa estructura cristalinaLos defecto La concentracin de la especie

APLICACIONESEndurecimiento del acero por cementacin gaseosa.Pilas combustibles difusin del hidrogeno en placas de paladioPilas combustibles

ENDURECIMIENTO POR SOLUCIN SOLIDALos defecto puntuales alteran la perfeccin de la red. estas harn que se necesite mas esfuerzo Para para que el deslizamiento de la dislocacin contine

ENDURECIMIENTO POR TAMAO DEL GRANOSi la dislocacin se mueve a la derecha se encontrara con el borde de grano y quedara bloqueada

SISTEMAS DE DESLIZAMIENTOUn sistema de deslizamiento es la combinacin de un planoy una direccin que se halla sobre el plano a lo largo delcual se produce el deslizamiento.El Mecanismo de deslizamiento puede definirse como elmovimiento paralelo de dos regiones cristalinas adyacentes, una respecto a la otra, a travs de algn plano(o planos).Los cristales FCC poseen 12 sistemas de deslizamientodebido a que tienen cuatro grupos {111} y con tresdirecciones en cada una.

METALES CON ESTRUCTURA CUBICA DE CARA CENTRADASon dctiles porque poseen un numero optimo de planos de deslizamiento

VIDRIOS METLICOS

MATERIALES CON MEMORIAAleaciones con memoria de forma y polmeros pueden cambiar su forma, fuerza, y/o la rigidez cuando se introduce calor, tensin, un campo magntico o voltaje elctrico. Esto abre nuevas posibilidades para muchos elementos mviles de los vehculos, ya que las aleaciones con memoria de forma, y los polmeros en particular, recuerdan su forma original y pueden volver a ella.

DUREZAMedida de un material a oponerse a ser rayado o penetrado por otro o crear marcas en la superficie mediante micropenetracin de una punta .Pruebas de dureza:El inters de la determinacin de la dureza en los aceros estriba en la correlacin existente entre la dureza y la resistencia mecnica, siendo un mtodo de ensayo ms econmico y rpido que el ensayo de traccin.1. Brinell.2.Rockwell.3. Vickers.4. Knoop.5.Escleroscopio.6.Nanodureza.7. Monotron.

ESCALA USADAS EN MINERALOGAArtculos principales: Escala de Mohs y Escala de RosiwalEn mineraloga se utiliza la escala de Mohs, creada por el austraco Friedric Mohs, que mide la resistencia al rayado de los materiales.Tabla de valores Mohs

valores Tabla de Mohs y Rosiwal

DIAMANTEDefinicin de la palabra diamante La palabra diamante viene del latn y esta del griego adamas. Est compuesto por carbono puro cristalizado y es muy duro (ndice 10 en la escala de dureza Mohs, que va de 1 a 10). La palabra diamante significa etimolgicamente inalterable, lo que no es nada sorprendente dada su muy elevada dureza. Sus propiedades fsicas estn entre las ms elevadas de todas las piedras utilizadas en joyera.

diamante

Durmetro

Un durmetro instrumento utilizado para la medicin de la dureza a los materiales.existiendo varios maneras para efectuar esta medicin. Los ms utilizados son: Rockwell, Brinell, Vickers y Microvickers.

Se aplica una fuerza normalizada sobre un elemento penetrador, tambin normalizado, que produce una huella sobre el material. En funcin del grado de profundidad o tamao de la huella, obtendremos la dureza.Dentro de cada uno de estos procedimientos, hay diversas combinaciones de cargas y penetradores, que se utilizarn dependiendo de la muestra a ensayar.

DUROMETRO MODERNO

escalas de uso industrial actuales son las siguientes:

Dureza Brinell. Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la profundidad de seales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza standard. Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la ms extendida, ya que la dureza se obtiene por medicin directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeo tamao de la huella. Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterizacin de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algn tratamiento de endurecimiento superficial.

DUREZA ROSIWAL: Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa como la resistencia a la abrasin medias en pruebas de laboratorio y tomando como base el corindn con un valor de 1000. DUREZA SHORE: Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un mtodo elstico, no de penetracin como los otros. Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirmide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor. Dureza Webster: Emplea mquinas manuales en la medicin, siendo apto para piezas de difcil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell.

Indentadores y durezas

Medida de la huella vickers

Dureza BrinellEmplea como punta una bola de acero templado o carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fcil de aplicar.Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a traccin.

Dureza VickersEmplea como penetrador un diamante con forma de pirmide cuadrangular.

Para materiales blandos,

los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell.

Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor. Especial para medir micro dureza

Probador Vickers es el ms sensible de los probadores de dureza utilizados en la produccin industrial.Tiene una sola escala continua para todos los materiales y el nmero de dureza es virtualmente independiente dela carga.

Debido a la posibilidad de usar cargas ligeras, pueden probarse secciones ms delgadas que cualquier otra prueba de produccin.

La prueba de microdureza es bsicamente una prueba de laboratorio.

Usar cargas muy ligeras permite probar partes muy pequeas y secciones muy delgadas. Puede utilizarse para determinar la dureza de constituyentes individuales de la microestructura.

Como a menor tamao de la indentacin el terminado de la superficie debe ser mejor, se necesita tener bastante ms cuidado para preparar la superficie para la prueba demicrodureza. Por lo general, la superficie se prepara mediante la tcnica de pulido metalogrficola impresin cuadrada es la ms fcil de medir con exactitud.

Dureza RockwellDureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la ms extendida, ya que la dureza se obtiene por medicin directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeo tamao de la huella.

Rockwell superficial es una variante del ensayo, para la caracterizacin de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algn tratamiento de endurecimiento superficial.

Escala Comparativa de Grados de Dureza conuna Estimacin de la Resistencia a la Traccin

Escala Comparativa de Grados de Dureza

APLICACIONES DE LAS PRUEBAS DE DUREZA POR INDESTACIN

DUROMETRO WEBSTERinstrumento porttil de medicin rpida, del que existen tres modelos, para el Aluminio, Cobre y Latn.diferencindose tan slo en el diseo del penetrador, la carga y el rango de medida.

Medicin de dureza en cauchos

Dureza SHORE ( HS ):Se basa en la reaccin elstica del material cuando dejamos caer sobre l un material ms duro.

Si el material es blando absorbe la energa del choque, si el material es duro produce un rebote cuya altura se mide. En la escala del ESCLEROSCOPIO

La prctica se realiza en un "esclermetro" o "escleroscopio", aparato formado por un tubo de cristal de 300 mm de altura, por cuyo interior cae un martillo con punta de diamante redondeada de 2,36 g. La altura de la cada es de 254 mm y la escala esta dividida en 140 divisiones

ESCLEROSCOPIO

Dureza SHORE

MaterialDurmetroEscalaCasco duro75DGoma ebonita100ARueda dura de skateboard98ARuedas slidas de tractor50DRueda blanda de skateboard75AParche de rueda de vehculo70ASellador de puertas55ABanda de goma25ASorbothane40OOSorbothane0APegamento de bicicleta15-30OOGoma de mascar20OO

Usos y AplicacionesPara identificar partes tratadas con calor de no tratadas de calor Provee la correlacin entre una muestra al probador de dureza y la cadena de produccin.Para segregar materiales en reserva. Para distinguir entre material suave o endurecido por trabajo. Para identificar partes hechas de aleaciones impropias o de calidad inferior.Para La comprobacin y comparacin de mediciones de mediciones de dureza con probadores de dureza inmviles de laboratorio. Da un control rpido del 100 % sobre partes que consumiran muchas horas-hombre con el equipo ms lento de operaciones de prueba puede ser usado sobre piezas que no pueden ser tradas al laboratorio

MicrodurezaDureza KNOOP ( HK ): Dureza KNOOP ( HK ): Se usa para durezas normales (P=1-5 Kp), superficiales (P=1/2-1 Kp) y microdurezas (P=10 gr-500 gr).El penetrador esta hecho con una pirmide rmbica con relacin entre diagonales de 1:7. Sus ngulos entre aristas son a = 130 y b = 17030.El mtodo Knoop se emplea slo en laboratorio, para medir la dureza de lminas muy delgadas, incluso de depsitos electrolticos.Nomenclatura: XXX HK P/t

microdureza Dureza KNOOP ( HK ): Se usa para durezas normales (P=1-5 Kp), superficiales (P=1/2-1 Kp) y microdurezas (P=10 gr-500 gr).El penetrador esta hecho con una pirmide rmbica con relacin entre diagonales de 1:7. Sus ngulos entre aristas son a = 130 y b = 17030.El mtodo Knoop se emplea slo en laboratorio, para medir la dureza de lminas muy delgadas, incluso de depsitos electrolticos.Nomenclatura: XXX HK= 14,2*F/D

ENSAYO DE IMPACTO

Dureza Brinell y su relacin con la resistencia a la tensin del acero

dado que la prueba de indentacion, es un tipo de compresin, y considerando que la prueba de tensin y compresin son similares, laz prueba de dureza brinelll presenta una correlacion con: Resistencia a la tensin en Psi= 500*HBen Mpa= 14.2 HB

Ensayo de termofluenciaEl esfuerzo aplicado puede ser menor que el de cedencia , se produce el ascenso de las dislocaciones y los tomos por la temperatura se mueven en una y otra lnea de las dislocaciones, por el fenmeno de difusin

CURVA DE FLUENCIA

Relacin tiempo esfuerzo deformacion

ENSAYO DE FATIGA

CURVAS DE FATIGA

Consulta para el prximo 4 de septiembre de 2014Cuadro comparativo de los tipos de dureza utilizados a nivel industrial en procesos de ingeniera mecnica.

Trabajo para el prximo11 de septiembreRealizar lectura del capitulo propiedades mecnicas de los materiales del libro Ciencia de los materiales de ASKELANO del libro procesos de manufactura moderna de GROOVERY realizar un ensayo de mximo dos folios en letra arial 11 a un espacio y medio

Septiembre 18Ensayo sobre tratamientos trmicosIncluye templeRevenidoRecocidoSulfurado carbonitruradoCementadoBorizadoPvdCvd

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