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  • M.Sc. RAFAEL RAMIREZ RESTREPO

    PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES

    *

    *

  • OBJETIVOS

    Explicar los conceptos bsicos asociados con las propiedades mecnicas de los materialesEvaluar los factores que afectan las propiedades mecnicas de los materiales.Revisar algunos de los procedimientos bsicos de ensayos que se usan en ingeniera para evaluar las propiedades.
  • CONTENIDO

    Clasificacin de las propiedadesPropiedades MecnicasEnsayo a tensinEnsayo de durezaEnsayo de impactoEnsayo de flexinEnsayo de tenacidad a la fracturaEnsayo de fatigaMetalografa
  • CLASIFICACION DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

    Propiedades de los materiales

    Qumicas

    Fsicas

    Mecnicas

    Dimensional

    Composicin. Inclusiones.Electronegatividad.Configuracin espacialResistencia qumicaResistencia a la oxidacin o corrosinInflamabilidadTenacidadDuctilidadDurezaFatiga R. a tensinR. al corteR. al doblezR. a la compresinR. a TermofluenciaFormas disponiblesTamaos disponiblesTextura superficialTolerancias de manufacturaTrmicasMagnticasElctricaspticasAcsticasGravimtricasColor
  • PROPIEDADES MECANICAS

    La propiedades mecnicas son caractersticas que determinan el comportamiento del material cuando se sujeta a esfuerzos mecnicos.En diseo el objetivo general es que el producto resista esfuerzos sin un cambio significativo o sustancial en su geometra y por consiguiente no falle
  • Una respuesta es mediante los ensayos mecnicos

    PROPIEDADES MECANICAS

    Cmo medir las propiedades de los materiales que se utilizan para el diseo de elementos individuales o componentes de estructuras?
  • Resistencia a tensinElasticidadPlasticidadTenacidadDuctilidad y fragilidadDurezaResistencia a compresin, flexin, doblez y torsin.Resistencia a la termofluenciaTenacidad a la fractura.Lmite de fatiga

    PROPIEDADES MECANICAS

    Ensayo de traccin o tensin

  • ENSAYO DE TENSIN

    Esfuerzo axial ()
  • ENSAYO DE TENSIN

    Deformacin ()
  • ENSAYO DE TENSIN

    Comportamiento del material cuando es sometido a carga axial.

    Comportamiento Elastico:

    Material regresa a sus dimensiones originales una vez se suprime la fuerza.

    Comportamiento Plastico:

    Material se deforma y no puede regresar a su dimensin inicial una vez se suprime la fuerza.

  • ENSAYO DE TENSIN

    Mquina Universal de Ensayo donde el material se somete a una carga axial.
  • ENSAYO DE TENSIN

    Tipos de probetas segn norma ASTM E 8-79

    Probeta cilndrica Probeta Plana

  • ENSAYO DE TENSIN

    Grafica Fuerza-Desplazamiento entregada por la Mquina Universal de Ensayo, para obtener la grafica Esfuerzo-Deformacin y as obtener las Propiedades Mecnicas del material.Esfuerzo de fluenciaRigidezResilienciaResistencia a la tensinDuctilidadTenacidad
  • ENSAYO DE TENSIN

  • ENSAYO DE TENSIN
    Propiedades obtenidas de la Zona Elastica

    Modulo de elasticidad o modulo de Young (E): es el producto de dividir el esfuerzo entre la deformacin unitaria en el tramo elstico.

    Acero 207 Gpa

    Aluminio 75 Gpa

    Strain

    E =

    Stress

  • ENSAYO DE TENSIN
    Propiedades obtenidas de la Zona Elastica

    Rigidez: es la capacidad de no deformarse en la zona elstica al aplicar un esfuerzo y est representado por la pendiente de la recta o E.
  • ENSAYO DE TENSIN
    Propiedades obtenidas de la Zona Elastica

    Rigidez: Cul material es ms rgido el acero (Steel) o el aluminio (Aluminum)?Por qu?

    El acero es ms rgido, a mayor pendiente mayor rigidez y mayor Modulo de Young.

  • ENSAYO DE TENSIN
    Propiedades obtenidas de la Zona Elastica

    Limite elstico: Punto en la grafica donde termina el modulo de elasticidad. Se pasa de la zona elstica a la zona plstica.Esfuerzo de fluencia: esfuerzo donde se genera una deformacin plstica en el material de 0,2%.
  • ENSAYO DE TENSIN
    Propiedades obtenidas de la Zona Elastica

    Resiliencia: la capacidad que tiene un material de absorber energa antes de deformarse plsticamente. Se representa por el rea bajo la curva de la zona elstica.
  • ENSAYO DE TENSIN
    Propiedades obtenidas de la Zona Plastica

    La resistencia a la tensin del material: es el esfuerzo mximo registrado en la grafica (-)

  • ENSAYO DE TENSIN
    Propiedades obtenidas de la Zona Plastica

    TENACIDAD:

    ES LA ENERGIA POR UNIDAD DE VOLUMEN QUE PUEDE ABSORBER UN MATERIAL ANTES DE ROMPERSE, ES EQUIVALENTE AL AREA DEBAJO DE LA CURVA.

  • ENSAYO DE TENSIN
    Propiedades obtenidas de la Zona Plastica

    DUCTILIDAD:

    ES LA CAPACIDAD QUE TIENE UN MATERIAL PARA DEFORMARSE PLASTICAMENTE ANTES DE FRACTURAR.

  • ENSAYO DE TENSIN
    Propiedades obtenidas de la Zona Plastica

    Cul material es ms tenaz?

    El Al 2024 Tempered tiene un mayor rea sobre la curva.

    Cul material es ms ductil?

    El Al 2024 Annealed, ambos poseen igual rigidez pero este se deforma 0.25 mientras el otro 0.22

    Al 2024-Annealed

    Al 2024-Tempered

    S

    T

    R

    E

    S

    S

    Mpa

    Strain

  • ENSAYO DE TENSIN
    Comportamiento de una probeta sometida a un ensayo de tensin.

  • ENSAYO DE TENSIN
    Variacin entre una grafica real y una de ingeniera para el esfuerzo y la deformacin de un material

  • ENSAYO DE TENSIN
    TIPOS DE FRACTURA

    FRACTURA DUCTIL

    FRACTURA FRAGIL

  • ENSAYO DE TENSIN
    TIPOS DE FRACTURA

    FRACTURA DUCTIL

    FRACTURA FRAGIL

  • Patron de Chevrn producido por frentes separados de grietas que se propagan a distintos niveles en el material.

    FRACTURA FRAGIL. Normalmente la superficie de fractura es lisa y perpendicular al esfuerzo aplicado en tensin.

    CARACTERISTICAS MICROESTRUCTURALES DE LA

    FRACTURA EN LOS MATERIALES METALICOS

    (c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.

  • GRAFICA - PARA VARIOS MATERIALES

  • DUREZA

    La dureza es una medida de la resistencia de un metal a la deformacin permanente.(plstica).

    Ensayos de dureza:

    Brinell, Vickers, Knoop, Rockwell.

    Escala de dureza de los materiales

    Macrodureza: Cuando se mide la dureza utilizando cargas mayores a 2 Newtons.Microdureza: Cuando se mide la dureza utilizando cargas menores a 2 Newtons.Nanodureza: Dureza de materiales medidos a una escala de 10 nm de longitud utilizando cargas extremadamente pequeas(100 N)
  • CARACTERISTICAS BASICAS DE LOS DIFERENTES METODOS DE DUREZA

  • D = dimetro del penetrador en mm

    F = carga aplicada en kgf.

    Di = dimetro de la huella dejada por el penetrador.

    METODO BRINELL

    Se utiliza mucho para materiales de dureza baja y media porque el penetrador es una esfera de Carburo cementado, con cargas de 500, 1500 y 3000 Kgf.

  • EJERCICIO

    Una medicin de la dureza Brinell, utilizando un penetrador de 10 mm de dimetro y una carga de 500 Kg, produce una huella de 4.5 mm de dimetro en una placa de aluminio. Determine el nmero de dureza Brinell de este material.
  • Di = 4.5 mm ; D = 10 mm ; F = 500 kgf

    HB = 30 kgf/mm2

    SOLUCION

  • Este mtodo se utiliza para toda clase de materiales, duros o blandos.

    F es la carga aplicada (kgf)

    d es el promedio de las dos diagonales en mm.

    A es el rea de la huella en mm2

    Entonces:

    HV = 1.85 F / d12

    METODO VICKERS

    La carga F puede ser de 50 gramos hasta 120 kilogramos.

    136

    d1

  • Huella Vickers

    METODO VICKERS

  • ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL

  • DUROMETRO

  • MICRODUREZA KNOOP

  • DUREZA

    ESCLEROSCOPIOEs un instrumento que mide la altura del rebote de un martillo que se deja caer desde cierta altura sobre la superficie del metal que se prueba.Este instrumento se basa en la energa mecnica absorbida por el material cuando el identador golpea la superficie.
  • COMPARACION DE ENSAYOS TIPICOS DE DUREZA

  • RELACION ENTRE LA DUREZA BRINELL Y LA RESISTENCIA A LA TENSION PARA ALGUNAS ALEACIONES

  • ENSAYO DE IMPACTO

    La tenacidad es una medida de la cantidad de energa que un material puede absorber antes de fracturarse. Uno de los mtodos ms sencillos de medida de la tenacidad es utilizar un aparato de ensayo de impacto.
  • ENSAYO DE IMPACTO

  • ENSAYOS DE IMPACTO. CHARPY E IZOD

  • (ho-hf) = Energa consumida por la probeta al romperse.

    (ho-hf) / rea = = Resiliencia.

    es una medida de la tenacidad que se puede definir como la capacidad que tiene un material para recibir tensiones ocasionales superiores al limite elstico sin que se produzcan fracturas.

    ENSAYOS DE IMPACTO. CHARPY

  • PROPIEDADES OBTENIDAS DEL ENSAYO DE IMPACTO.

  • ENSAYO DE DOBLEZ

    Resistencia a la rotura transversal
  • Curva esfuerzo-deflexin para el MgO obtenida con

    el ensayo de flexin.

  • COMPARACION DE LA RESISTENCIA A LA TENSION, A LA COMPRESION Y A LA FLEXION DE MATERIALES CERAMICOS Y COMPUESTOS

    MATERIAL max. psicomp psi flex. psiPoliester-50% fibras de vidrio23,00032,00045,000Poliester-50% de tejido de fibra de vidrio37,000 27,000 46,000Al203 (99%)30,000375,00050,000
  • Dependiendo de los criterios de diseo la falla se puede presentar antes de la fractura.

    La fractura, o ruptura, se presenta cuando un componente estructural se separa en dos o ms fragmentos.

    MECANICA DE LA FRACTURA

  • MECANICA DE LA FRACTURA

    La falla se puede definir como la incapacidad de un material o componente de 1) realizar la funcin prevista, 2) cumpl