Propiedades mecánicas

1

TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

Ing. Willfor Goudeth

2

UNIDAD II

Propiedades Mecánicas

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Objetivo 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 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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Introducción

• 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

Aleaciones

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Ensayos y Propiedades Mecánicas de los Metales y

Aleaciones

Ensayo de Tracción

Resistencia a la Tracción o Resistencia máxima

Resistencia a la fluencia

Ductilidad

Fragilidad

Ensayo de Fatiga

Resistencia a la Fatiga

Ensayo de Impacto

Tenacidad

Ensayo de Dureza

Dureza

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Ensayo de Tracción

Ensayo de Tracción

Resistencia a la Tracción o Resistencia máxima

Resistencia a la fluencia

Ductilidad

Fragilidad

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

Lo

Lo

Lf

F

Lo

Lo: Longitud Inicial

Unidades:

Metros (m)

Centímetros (cm)

Milímetros (mm)

F: Fuerza Aplicada

Unidades:

Kilogramos fuerza (Kg-f)

Newton (N)

Libras (Lb)

Lf: Longitud Final

Unidades:

Metros (m)

Centímetros (cm)

Milímetros (mm)

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Deformación Plástica (Plasticidad)

Es aquella propiedad que permite al material soportar una deformación permanente sin fracturarse

Lo

Lo

Lf

F

Lo: Longitud Inicial

Unidades:

Metros (m)

Centímetros (cm)

Milímetros (mm)

F: Fuerza Aplicada

Unidades:

Kilogramos fuerza (Kg-f)

Newton (N)

Libras (Lb)

Lo

Lf

Lf: Longitud Final

Unidades:

Metros (m)

Centímetros (cm)

Milímetros (mm)

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Ao: Área Inicial

Unidades:

Metros Cuadrados (m2)

Centímetros cuadrados (cm2)

Milímetros cuadrados (mm2)

Ao Af

Af: Área Final

Unidades:

Metros Cuadrados (m2)

Centímetros cuadrados (cm2)

Milímetros cuadrados (mm2)Ao Af

A

A

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

Las medidas de ductilidad son de interés en tres formas:

Para indicar hasta cuanto el material puede ser deformado sin

fracturarse en operaciones de procesos de conformación, tales como

laminación o extrusión.

Para indicar al diseñador, de modo general, la habilidad del metal para

fluir plásticamente antes de fractura.

Sirve como un indicador de cambio en los niveles de impureza o

condiciones del proceso.

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ε =L f− Lo

L 0

× 100

Medición de la Ductilidad:

Deformación (%)

Reducción de ÁreaRA=

Ao− A f

Ao

× 100

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Principio de Acción y Reacción

Fuerza ExternaFuerza Interna

Fuerza Interna = Fuerza Externa

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Esfuerzo ()

σ interno=F interna

A0

σ externo=Fexterno

A0

σ interno= σ externo

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

A

Fuerza ExternaFuerza Interna

Kg− f

mm2

,N

m2, Mpa,

Lb

p lg2Unidades

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Comportamiento Elástico-Plástico

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

Ante la aplicación de fuerzas que aumentan de magnitud progresivamentelos materiales elásto-plásticos, se comportan elásticamente dentro de unrango de esfuerzos, pero al superarlos se comienza a comportarplásticamente.

Resistencia a la fluencia o limite de fluencia: es el mayor valor del esfuerzohasta el cual el material mantiene un comportamiento elástico o es el menorvalor del esfuerzo para el cual se produce una deformación plástica.

Resistencia máxima o resistencia a la tracción: es el mayor valor del esfuerzoalcanzado por el material a partir del cual se produce la fractura del mismo

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Ensayo de Tracción

Para conocer las fuerzas que pueden soportarlos materiales, se efectúan ensayos paramedir su comportamiento en distintassituaciones. El ensayo destructivo másimportante es el ensayo de tracción, en dondese coloca una probeta en una máquina deensayo consistente de dos mordazas, una fijay otra móvil. Se procede a medir la fuerzamientras se aplica el desplazamiento de lamordaza móvil.

18

Esquema del Ensayo de Tracción

19

Esquema de la Probeta

20

Datos

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 mm

Area: 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 Deformación

Fila

2

Fila

3

Fila

4

Fila

5

Fila

6

Fila

7

Fila

8

Fila

9

Fila

10 Fila

11 Fila

12 Fila

13 Fila

14 Fila

15 Fila

16 Fila

17 Fila

18 Fila

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 (%)

Esf

uer

zo (K

g-F

/mm

2)

22

Curva Fuerza-Desplazamiento

23

Maquina Universal de Tracción

24

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

Probeta RectangularAo: ancho de la probetaBo: espesor de la probeta

Probeta CilíndricaA: sección reducidaB: tramo de calibraciónCo: longitud inicial (50 mm @ 2 pulg)R: radio del filete o bisel (9.52 mm)Do: diámetro inicial

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Ensayo de TracciónCurva Esfuerzo-Deformación

26

Ensayo de TracciónCurva Esfuerzo-Deformación

27

Ensayo de TracciónCurva Esfuerzo-Deformación

28

Ensayo de TracciónCurva Esfuerzo-Deformación

29

Ensayo de Impacto

Tenacidad

Fragilidad

Ductilidad

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Tenacidad

• 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 ImpactoMaquina de Impacto

32

Ensayo de ImpactoProbeta

Probeta CharpyLongitud: 55 mmAncho: 10 mmEspesor: 10 mm

Muesca en VProfundidad: 2 mmAngulo: 45ºRadio de la Raiz: 0,25 mm

334010x7,510x10x55VSM

12015x1515x30x180VGB

306x46x6x44DVMK

4010x710x10x55DVMS

4010x710x10x55DVM

12030x1530x30x160Chp

10x810x10x130Izod

4010x810x10x55Chp-V

4010x810x10x55Mes

4010x510x10x55

KCU

ISO

KUF

Forma de

la probeta

Distancia

entre oyos

Superfície

de roturaDimensiones

Símbolo

más usual

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Ensayo de Impacto

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Ensayo de Impacto

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Ensayo de Impacto

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Ensayo de Dureza

DurezaSe entiende por dureza la resistencia que presenta un cuerpo a la

penetración por otro. En una interpretación más específica, puede

entenderse por dureza la resistencia superficial de un cuerpo sometido a

un esfuerzo fuertemente localizado