4 Propiedades Mecanicas II

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Introduccin a los Biomateriales Ortopdicos para Endoprtesis

Propiedades Mecnicas de los MaterialesParte II

Dr. Andres Ozols Lic. Silvia Rozenberg [email protected]

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Propiedades Mecnicas: Ensayo de DurezaEnsayo de Dureza

9Alternativa simple al ensayo de traccin.9La resistencia a la indentacin indica

cualitativamente su resistencia.

Forma del PenetradorForma del Penetrador: redondeado o puntiagudo.Material del PenetradorMaterial del Penetrador: debe ser ms duro que el de la pieza que se ensaya. Ejemplos: acero reforzado, carburo de wolframio, diamante.

La cuantificacin de los ensayos de dureza se denomina ndice de dureza

Su clculo hace uso de la geometra de la indentacin.

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Propiedades Mecnicas: Ensayo de Dureza

La geometra del identor depende del tipo de ensayo

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Brinell (BHN: BrinellHardness Number)

Motivos:9Una nica escala cubre un amplio rango de durezas. 9Se tiene una correlacin bastante lineal con la resistencia a la traccin

RockwellMotivo: dispone de muchas escalas para diferentes rangos de dureza

Tipos de DurezaEmpleados Habitualmente

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Para microdureza el equipo incluye un microscopio

potente.

Unidades para el clculo de ndice de dureza:9 carga en kg9 longitudes en mm

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Indice de Dureza Brinell BHN y Resistencia a la Traccin Rm para Distintas Aleaciones

862335Ti-5Al-2.5Sn

461167Fundicin Dctil 60-40-18

15040Aluminio 3003-H14

310-38080-90Aleacin Dental de Oro

800250Acero Inoxidable 410

750235Acero al Carbono 1040

RmBHNAleacin

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Datos de la tabla

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La correlacin lineal es ms precisa para cada familia de aleaciones

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Los tratamientos trmicos modifican el valor de dureza de un material.

TemplabilidadCapacidad de un acero a

ser endurecido por temple

Endurecimiento por Precipitacin

La precipitacin es producida por:9Secuencia de enfriamiento.

9Calentamiento y posterior temple


Propiedades Mecnicas: FALLAS por FATIGA

Implantes recuperados de cadera de acero inoxidable

(gentileza Dr. Claudio Alonso)



Muchas aplicaciones estructurales de los materiales tienen asociada una carga cclica

en vez de esttica. Fatiga: fallo del material tras varios

ciclos de aplicacin de una tensin inferior a la resistencia a la traccin.

T

e

n

s

i

n

Resistencia a la traccin

Tiempo


Propiedades Mecnicas. FALLAS por FATIGA



Curva de fatiga caracterstica

10 102103 104105

T

e

n

s

i

n

a

p

l

i

c

a

d

a

M

P

a

Resistencia a la traccin

N: nmero de ciclos hasta el fallo

800

Resistencia a la fatiga o lmite de vida a fatiga: es una caracterstica de aleaciones frreas



Observe que la resistencia a la fatiga est comprendidaentre y de la resistencia a la traccin



Curva de fatiga de una aleacin no ferrosa.

Resistencia a la fatiga es el valor de la tensin tras un nmero de 108 ciclos.



Resistencia a la fatiga se incrementa por deformacinmecnica previa o por reduccin de defectos estructurales


CRECIMIENTO de GRIETAS



Como la aplicacin cclica de una tensin conduce a la deformacin plstica localizada



despus

Bandas de deslizamiento

Antes de la aplicacin de la tensin


FATIGA

Persistencia de bandas de deslizamiento

Nucleacin de grietas


ZONAS de CONCENTRACIN DE TENSIONES

Grietas de fatiga

Picadura de corrosino inclusin

Cambios bruscos de seccin

Races de roscas


SUPERFICIES de FRACTURA por FATIGA

Fractura en los conos de Moore de implantes de Co-Cr

Seccin longitudinal a travs de la superficie de fractura con precipitadosintergranulares. X63 (Metals Handbook, vol. 11, Failure Analysis and Prevention, 1986)

Fractografa mostrando la separacinintergranular (Metals Handbook, vol. 11, Failure Analysis and Prevention, 1986)


SUPERFICIES de FATIGA

Fractura en los piezas roscadas de implantes de Co-Cr

Seccin longitudinal del cono fracturadoen la condicin de trabajado en fro con precipitacin intergranular (Metals Handbook, vol. 11, Failure Analysis and Prevention, 1986)

Seccin longitudinal a travs de la tornilloy tuerca. La tuerca exhibe la estructura de solidificacin del Co-Cr-Mo (Metals Handbook, vol. 11, Failure Analysis and Prevention, 1986)


ESTRIACIONES por FATIGA

Fractografa mostrando estriaciones de fatiga en un cono de Moore (Metals Handbook, vol. 11, Failure Analysis and Prevention, 1986)

Estriaciones


MEJORA de DISEOS

Reducir de la probabilidad de fatiga

Evitar la concentracinde tensiones


Cuestionario

1. 1- Se realiza una medida de dureza Brinell en un hierro dctil (100-70-03, templado al aire)empleando para ello una esfera de 10 mm de dimetro de carburo de wolframio. Una carga de 3000 kg genera una huella de 3.91 mm de dimetro en la superficie del hierro. Calclese el ndice de dureza Brinell de esta aleacin.

2. 2-Es lineal la relacin entre la dureza Brinell y la resistencia a la traccin?

3- Sabiendo nicamente que la aleacin de una pieza estructural tiene uba resistencia a la traccin de 800 MPa, estime el valor mximo admisible para la tensin de servicio si sabe que la carga aplicada serde naturaleza cclica y el factor de seguridad requerido es de 2.


Cuestionario

4- Emplese la figura para predecir la resistencia a la traccin del material descripto en el tem 1.

5- Cules son las caracterticas de la tensin aplicada a un material que conduce a la falla por fatiga?

6- La resistencia a la fatiga,es mayor, menor o igual que la resistencia al traccin?

Propiedades Mecnicas: Ensayo de DurezaPropiedades Mecnicas: Ensayo de DurezaPropiedades Mecnicas: Ensayo de DurezaPropiedades Mecnicas: Ensayo de DurezaPropiedades Mecnicas: Ensayo de DurezaPropiedades Mecnicas: Ensayo de DurezaPropiedades Mecnicas: FALLAS por FATIGAPropiedades Mecnicas: FALLAS por FATIGA

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