5_Propiedades-Mecánicas materiales

8/3/2019 5_Propiedades-Mecnicas materiales

1/14

Materiales de Ingeniera Qumica Prof. Ronald Mrquez

49

Captulo 5

Propiedades Mecnicas

1.5. Ensayos mecnicos1.5.1. Prueba Tensil

Figura 49 Curva esfuerzo deformacin obtenida a travs de la prueba tensil . El esfuerzo de ingeniera y deformacin deingeniera se obtienen a travs de las ecuaciones

Esfuerzo de ingeniera = F Deformacin de ingeniera= lAo lo

Donde F es la carga aplicada, l la deformacin y Ao y lo el rea y longitud inicial de la probetarespectivamente

Figura 50 (a) Determinacin del lmite elstico convencional al 0,2% de deformacin en el hierro fundido gris (b) esfuerzo decedencia superior e inferior del acero al carbono (c) Fractura de un material debido al esfuerzo aplicado


2/14


50

Figura 51 Fuerza versus separacin interatmica para tomos con enlaces dbiles y fuertes. La magnitud del mdulo deelasticidad es proporcional a la pendiente de cada curva en la separacin interatmica de equilibrio ro.

Figura 52 Grfica del mdulo de elasticidad versus la temperatura para el tungsteno, acero y aluminio.

Figura 53 El rea debajo de la curva esfuerzo real-deformacin real estrelacionada con la energa de impacto. A pesar de que el material B tiene unlmite elstico inferior, absorbe ms energa que el material A


3/14


51

Figura 56 Comparacin del comportamiento elstico del acero y del aluminio

Figura 54 Diagrama Esfuerzo-Deformacinmostrando(1) modulo de elasticidad,(2) Limite elstico,(3) Resistencia Tensil,(4) Ductilidad,(5) Tenacidad

Figura 55 Una cantidad relacionada con la tenacidad es laresilencia, la cual es la habilidad de un material de absorberenerga cuando es deformado elsticamente, y luego, despus deser retirada la carga, recuperar la energa. La resilencia secuantifica a travs del mdulo de resilencia, Ur, el cual es laenerga de deformacin por unidad de volumen requerida paradeformar un material desde un estado de sin carga hasta el puntode cedencia.


4/14


52

Figura 57 Efecto de la temperatura (a) en la curva esfuerzo deformacin y (b) sobre las propiedades a tensin de una aleacinde aluminio.

1.5.1.1.Relacin de PoissonLa relacin de Poisson, v se define como la relacin entre la deformacin lateral y la deformacin axial

inducida:

1.5.1.2.Efecto del tamao de grano sobre la resistencia de aleacionesLa relacin de Hall-Petch muestra una dependencia del inverso de la raz cuadrada del esfuerzo tensil conrespecto al tamao de grano

y = 0 + kd-1/2 , donde 0 y k son constantes empricas

Figura 58 Influencia del tamao de granosobre el esfuerzo de cadencia para unaaleacin 70 30 Cu Zn


5/14


53

1.5.1.3. Relacin entre ductilidad y fragilidadLa ductilidad se calcula como el porcentaje de variacion de la longitud (%EL) o porcentaje de variacin

del rea transversal (%RA):

Figura 59 Comportamiento mecnico en el ensayo de tensin de materiales frgiles, en comparacin con materiales msdctiles

1.5.1.4. Relacin entre resistencia y mdulo de elasticidadLa relacin entre resistencia tensil y elasticidad se puede expresar como: ,

Donde K y n son constantes que se muestran a continuacin para algunos materiales:


6/14


54

Tabla 13 Propiedades mecnicas de materiales: Esfuerzo de cadencia, Esfuerzo tensil y ductilidad.

Figura 60 Comparacin del mdulo deelasticidad (E) entre Al2O3 policristalino yalgunos metales comunes en funcin de latemperatura


7/14


55

Tabla 13 Mdulo de elasticidad, esfuerzo tensil y relacin de Poisson para varios materiales


8/14


56

Figura 61 Comparacin del diagrama esfuerzo-deformacin para cermicas, metales, polmeros amorfos, elastmeros yvidrios.

Figura 62 Izq. Variacin del porcentaje de reduccin en area (%RA grafico superior) y esfuerzo de cedencia (graficoinferior) con la temperatura para materiales seleccionados. Der. Variacin de la resistencia tensil con respecto al tiempo.


9/14


57

1.5.1.5.Curva esfuerzo real deformacin realEl Esfuerzo y la deformacin real se calculan a travs de las ecuaciones:

Figura 63 Relacin entre el diagrama esfuerzo real deformacin real y el diagrama esfuerzo deformacin ingenieril

1.5.2. Prueba Flexural

Figura 64 (a) Ensayo de flexin utilizado para medir la resistencia de materiales frgiles, y (b) deflexin obtenida durante laflexin de la probeta (c) curva esfuerzo (psi) deflexin (pulg) para el MgO

La resistencia a la flexin y el mdulo de flexin se calcula a travs de las ecuaciones:


10/14


58

Algunas aleaciones de aluminio y de titanio presentan superplasticidad, lo que permite que poseeanductilidades mayores a las de los compuestos puros

Tabla 14 Propiedades de aleaciones que presentan superplasticidad

1.5.3. Prueba de Impacto

Figura 65 Izq. Ensayos de Charpy y de Izod. Der. Dimensiones de las probetas tpicas


11/14


59

Figura 66 Izq. Resultado de una serie de ensayos de impacto Izod para un polmero termoplstico de nylon super tenaz. Der.Resultados de pruebas de Charpy con muesca en V para un acero al carbono BCC y un acero inoxidable FCC. La estructuracristalina FCC generalmente absorbe ms energa y no tiene temperatura de transicin dctil-frgil.

1.5.4. Prueba de Escurrimiento (Termofluencia)

Figura 67 Curva tpica de termofluencia mostrando la deformacin producida en funcin del tiempo para un esfuerzo y unatemperatura constante. Los tomos pueden alejarse de las dislocaciones para llenar vacancias o intersticios (a) o acercarse paragenerar vacancias (b)

Figura 68 Efecto de la temperatura sobre lacurva de termofluencia


12/14


60

Figura 68 Resultados de una serie de ensayos de termofluencia: (a) Curvas de esfuerzo-tiempo de ruptura para una aleacinde Fe-Cr-Ni; (b) Parmetro de Larson-Miller para una funcin dctil de hierro.

1.5.5. Prueba de Fatiga

El esfuerzo aplicado en la prueba de fatiga se calcula como:

Figura 69 Curva Esfuerzo vs. Nmero de ciclos de una prueba de fatiga para una aleacin de aluminio y un cero


13/14


61

1.5.6. Prueba de dureza

Tabla 15 Tipos de ensayos de dureza y condiciones de aplicacin


14/14


62

Figura 70 Izq. Comparacin entre algunas escalas de dureza. Der. Relacin entre la dureza y la resistencia tensil para elacero, bronce Cu-Zn y una fundicin

La resistencia tensil puede ser calculada con la siguiente relacin:

5_Propiedades-Mecánicas materiales

Documents

Transcript of 5_Propiedades-Mecánicas materiales