Propiedades mecanicas unidad_ii

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TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALESTECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

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UNIDAD IIUNIDAD IIPropiedades MecánicasPropiedades Mecánicas

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Objetivo Terminal de la UnidadObjetivo Terminal de la Unidad

• Distinguir las propiedades mecánicas de un material metálico y su relación con el empleo del mismo

Objetivos Específicos de la Unidad

• Caracterizar las propiedades mecánicas de los materiales metálicos

• Relacionar las propiedades mecánicas con los distintos usos en los cuales se puede emplear el material de acuerdo a las solicitaciones mecánicas

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Contenido de la UnidadContenido de la Unidad

• Deformación Plástica y Elástica• Ductilidad y fragilidad• Tensión y Deformación• Diagrama Tensión Deformación

• Dureza• Fractura• Fatiga• Ensayos para la determinación de las propiedades• Manejo de normas ASTM

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IntroducciónIntroducción

• El conocimiento de las propiedades mecánicas de los metales permite poseer una herramienta para comprender los distintos usos que se le dan a los mismos en la industria. Cada uno de ellos puede cumplir óptimamente una función determinada de acuerdo a su diseño.

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Propiedades Mecánicas de los Metales y Propiedades Mecánicas de los Metales y AleacionesAleaciones

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Ensayos y Propiedades Mecánicas de los Metales y Ensayos y Propiedades Mecánicas de los Metales y AleacionesAleaciones

Ensayo de TracciónResistencia a la Tracción o Resistencia máximaResistencia a la fluenciaDuctilidadFragilidad

Ensayo de FatigaResistencia a la Fatiga

Ensayo de ImpactoTenacidad

Ensayo de DurezaDureza

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Ensayo de TracciónEnsayo de Tracción

Ensayo de TracciónEnsayo de TracciónResistencia a la Tracción o Resistencia máximaResistencia a la Tracción o Resistencia máximaResistencia a la fluenciaResistencia a la fluenciaDuctilidadDuctilidadFragilidadFragilidad

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Deformación Elástica (Elasticidad)Deformación Elástica (Elasticidad)Es la propiedad de un material en virtud de la cual las deformaciones Es la propiedad de un material en virtud de la cual las deformaciones causadas por la aplicación de una fuerza desaparecen cuando cesa la causadas por la aplicación de una fuerza desaparecen cuando cesa la acción de la fuerza.acción de la fuerza.

Lo

Lo

Lf

FF

Lo

Lo: Longitud InicialLo: Longitud InicialUnidades:Unidades:

Metros (m)Metros (m)Centímetros (cm)Centímetros (cm)Milímetros (mm)Milímetros (mm)

F: Fuerza AplicadaF: Fuerza AplicadaUnidades:Unidades:

Kilogramos fuerza (Kg-f)Kilogramos fuerza (Kg-f)Newton (N)Newton (N)Libras (Lb)Libras (Lb)

Lf: Longitud FinalLf: Longitud FinalUnidades:Unidades:


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Deformación Plástica (Plasticidad)Deformación Plástica (Plasticidad)Es aquella propiedad que permite al material soportar una deformación Es aquella propiedad que permite al material soportar una deformación permanente sin fracturarsepermanente sin fracturarse

Lo

Lo

Lf

FF

Lo: Longitud InicialLo: Longitud InicialUnidades:Unidades:


F: Fuerza AplicadaF: Fuerza AplicadaUnidades:Unidades:

Kilogramos fuerza (Kg-f)Kilogramos fuerza (Kg-f)Newton (N)Newton (N)Libras (Lb)Libras (Lb)

Lo

Lf

Lf: Longitud FinalLf: Longitud FinalUnidades:Unidades:


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Ao: Área InicialAo: Área InicialUnidades:Unidades:

Metros Cuadrados (mMetros Cuadrados (m22))Centímetros cuadrados (cmCentímetros cuadrados (cm22))Milímetros cuadrados (mmMilímetros cuadrados (mm22))

AAoo AAff

Af: Área FinalAf: Área FinalUnidades:Unidades:

Metros Cuadrados (mMetros Cuadrados (m22))Centímetros cuadrados (cmCentímetros cuadrados (cm22))Milímetros cuadrados (mmMilímetros cuadrados (mm22))

AAoo AAff

AA

AA

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DuctilidadDuctilidadEs aquella propiedad que determina la capacidad que posee el material Es aquella propiedad que determina la capacidad que posee el material de sufrir una deformación plástica.de sufrir una deformación plástica.

Las medidas de ductilidad son de interés en tres formas:Las medidas de ductilidad son de interés en tres formas:

Para indicar hasta cuanto el material puede ser deformado sin Para indicar hasta cuanto el material puede ser deformado sin fracturarse en operaciones de procesos de conformación, tales como fracturarse en operaciones de procesos de conformación, tales como laminación o extrusión.laminación o extrusión.

Para indicar al diseñador, de modo general, la habilidad del metal para Para indicar al diseñador, de modo general, la habilidad del metal para fluir plásticamente antes de fractura. fluir plásticamente antes de fractura.

Sirve como un indicador de cambio en los niveles de impureza o Sirve como un indicador de cambio en los niveles de impureza o condiciones del proceso. condiciones del proceso.

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ε =L f−Lo

L 0

×100

Medición de la Ductilidad:Medición de la Ductilidad:

Deformación (%)Deformación (%)

Reducción de ÁreaReducción de ÁreaRA=

Ao−A f

Ao

×100

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Principio de Acción y ReacciónPrincipio de Acción y Reacción

Fuerza ExternaFuerza ExternaFuerza InternaFuerza Interna

Fuerza Interna = Fuerza ExternaFuerza Interna = Fuerza Externa

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Esfuerzo (Esfuerzo (σσ ))

σ interno=F interna

A0

σ externo=Fexterno

A0

σ interno=σ externo

Es la fuerza sobre la unidad de área perpendicular a dicha fuerzaEs la fuerza sobre la unidad de área perpendicular a dicha fuerza

AAFuerza ExternaFuerza ExternaFuerza InternaFuerza Interna

Kg− f

mm2 ,N

m2 , Mpa ,Lb

p lg2UnidadesUnidades

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Comportamiento Elástico-PlásticoComportamiento Elástico-Plástico

Comportamiento Elástico-Plástico: existen materiales que son elásticos Comportamiento Elástico-Plástico: existen materiales que son elásticos puros, existen otros que son plásticos puros, y existen los que poseen ambos puros, existen otros que son plásticos puros, y existen los que poseen ambos comportamientos, como en el caso de las aleaciones.comportamientos, como en el caso de las aleaciones.

Ante la aplicación de fuerzas que aumentan de magnitud progresivamente Ante la aplicación de fuerzas que aumentan de magnitud progresivamente los materiales elásto-plásticos, se comportan elásticamente dentro de un los materiales elásto-plásticos, se comportan elásticamente dentro de un rango de esfuerzos, pero al superarlos se comienza a comportar rango de esfuerzos, pero al superarlos se comienza a comportar plásticamente.plásticamente.

Resistencia a la fluencia o limite de fluencia: es el Resistencia a la fluencia o limite de fluencia: es el mayormayor valor del valor del esfuerzoesfuerzohasta el cual el material mantiene un comportamiento hasta el cual el material mantiene un comportamiento elásticoelástico o es el o es el menormenorvalor del valor del esfuerzoesfuerzo para el cual se produce una deformación para el cual se produce una deformación plásticaplástica..

Resistencia máxima o resistencia a la tracción: es el Resistencia máxima o resistencia a la tracción: es el mayormayor valor del valor del esfuerzoesfuerzo alcanzado por el material a partir del cual se produce la alcanzado por el material a partir del cual se produce la fracturafractura del mismo del mismo

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Ensayo de TracciónEnsayo de Tracción

Para conocer las fuerzas que pueden soportar Para conocer las fuerzas que pueden soportar los materiales, se efectúan ensayos para los materiales, se efectúan ensayos para medir su comportamiento en distintas medir su comportamiento en distintas situaciones. El ensayo destructivo más situaciones. El ensayo destructivo más importante es el ensayo de tracción, en donde importante es el ensayo de tracción, en donde se coloca una probeta en una máquina de se coloca una probeta en una máquina de ensayo consistente de dos mordazas, una fija ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otra móvil. Se procede a medir la fuerza y otra móvil. Se procede a medir la fuerza mientras se aplica el desplazamiento de la mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvilmordaza móvil..

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Esquema del Ensayo de TracciónEsquema del Ensayo de Tracción

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Esquema de la ProbetaEsquema de la Probeta

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DatosDatos

180,221723,67

178,431789,35

176,651850,96

171,431862,74

163,071870,89

161,451870,44

159,841869,08

158,251867,27

155,121860,02

152,041848,24

146,081806,56

143,191773,50

141,771752,66

140,361728,65

128,021007,93

127,51850,73

127,25716,65

127,13603,40

127,01339,30

127,000,00

Longitud (mm)Fuerza (Kg-F)

Longitud Inicial: 127 mmArea: 64,5 mm2

0,4226,72

0,4027,74

0,3928,70

0,3528,88

0,2829,01

0,2729,00

0,2628,98

0,2528,95

0,2228,84

0,2028,65

0,1528,01

0,1327,50

0,1227,17

0,1126,80

0,0115,63

0,0013,19

0,0011,11

0,009,35

0,005,26

0,000,00

Elongación (%)Esfuerzo (Kg-F/mm2)

21

Diagrama Tensión DeformaciónDiagrama Tensión Deformación

Fila

2

Fila

3

Fila

4

Fila

5

Fila

6

Fila

7

Fila

8

Fila

9

Fila

10 Fi

la

11 Fila

12 Fi

la

13 Fila

14 Fi

la

15 Fila

16 Fi

la

17 Fila

18 Fi

la

19 Fila

20 Fila

21

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

22,00

24,00

26,00

28,00

30,00

Diagrama Esfuerzo-Deformación

Elongación (%)

Esfu

erzo

(Kg-

F/m

m2)

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Curva Fuerza-DesplazamientoCurva Fuerza-Desplazamiento

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Maquina Universal de TracciónMaquina Universal de Tracción

24

D= 0,500 pulg ± 0,010 pulg D= 0,500 pulg ± 0,010 pulg G = 2,000 pulg ± 0,005 pulg G = 2,000 pulg ± 0,005 pulg A = 2,250 pulg mínimo (2 ¼ pulg) A = 2,250 pulg mínimo (2 ¼ pulg) F @ 1 pulg F @ 1 pulg R = 0,375 pulg (3/8 pulg) R = 0,375 pulg (3/8 pulg) H = 0,8125 pulg (13/16 pulg) H = 0,8125 pulg (13/16 pulg) Area en D=0,19635 pulg² o puntos de elongación Area en D=0,19635 pulg² o puntos de elongación G: longitud inicial G: longitud inicial

Probeta RectangularProbeta Rectangular Ao: ancho de la probetaAo: ancho de la probetaBo: espesor de la probetaBo: espesor de la probeta

Probeta CilíndricaProbeta CilíndricaA: sección reducidaA: sección reducidaB: tramo de calibración B: tramo de calibración Co: longitud inicial (50 mm @ 2 pulg) Co: longitud inicial (50 mm @ 2 pulg) R: radio del filete o bisel (9.52 mm) R: radio del filete o bisel (9.52 mm) Do: diámetro inicialDo: diámetro inicial

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Ensayo de TracciónEnsayo de TracciónCurva Esfuerzo-DeformaciónCurva Esfuerzo-Deformación

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Ensayo de ImpactoEnsayo de Impacto

TenacidadTenacidadFragilidadFragilidadDuctilidadDuctilidad

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TenacidadTenacidad

• Es la habilidad de un material para absorber energía durante la deformación plástica, capacidad para soportar esfuerzos ocasionales superiores al esfuerzo de fluencia, sin que se produzca la fractura.

• Un material frágil: absorbe poca energía durante la deformación plástica.

• Un material dúctil: absorbe mucha energía durante la deformación plástica.

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Ensayo de ImpactoEnsayo de ImpactoMaquina de ImpactoMaquina de Impacto

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Ensayo de ImpactoEnsayo de ImpactoProbetaProbeta

Probeta CharpyProbeta CharpyLongitud: Longitud: 55 mm55 mmAncho: Ancho: 10 mm10 mmEspesor: Espesor: 10 mm10 mm

Muesca en VMuesca en VProfundidad: Profundidad: 2 mm2 mmAngulo: Angulo: 45º45ºRadio de la Raiz: Radio de la Raiz: 0,25 mm0,25 mm

334010x7,510x10x55VSM

12015x1515x30x180VGB

306x46x6x44DVMK

4010x710x10x55DVMS

4010x710x10x55DVM

12030x1530x30x160Chp

10x810x10x130Izod

4010x810x10x55Chp-V

4010x810x10x55Mes

4010x510x10x55KCUISOKUF

Forma dela probeta

Distanciaentre oyos

Superfíciede rotura

DimensionesSímbolo

más usual

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Ensayo de DurezaEnsayo de Dureza

DurezaDureza•SSe entiende por dureza la resistencia que presenta un cuerpo a la e entiende por dureza la resistencia que presenta un cuerpo a la penetración por otro. En una interpretación más específica, puede penetración por otro. En una interpretación más específica, puede entenderse por dureza la resistencia superficial de un cuerpo sometido a entenderse por dureza la resistencia superficial de un cuerpo sometido a un esfuerzo fuertemente localizadoun esfuerzo fuertemente localizado

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