UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICAEXPOSICIÓN SOBRE PROPIEDADES MECÁNICAS

INTEGRANTES: Ismael ChávezAlvaro Ruiz

ENSAYO DE MATERIALES(TESTING OF MATERIALS)• El objetivo principal es determinar las reacciones

de un material frente a fuerzas aplicadas a este.• Esfuerzo Promedio=carga/Área Esforzada

• Los ensayos de materiales pueden ser de dos tipos, ensayos destructivos y ensayos no destructivos. Estos últimos permiten realizar la inspección sin perjudicar el posterior empleo del producto, por lo que permiten inspeccionar la totalidad de la producción si fuera necesario.

• Los esfuerzos que se presentan en los ensayos de materiales son:

oEsfuerzo de tracción: tiende a tirar un miembro aparte.

oEsfuerzo de compresión: tienden a aplastar un cuerpo.

oEsfuerzo de corte: Tiende a romper un elemento.

oEsfuerzo de torsión: Tiende a torcer un elemento.

oEsfuerzo de flexión: Tiende a flejar un elemento.

• En general al ejercer una carga en el material se generaran las siguientes reacciónes:

oun miembro cargado se deformará (cambiará de forma).

odeformación = cambio en la longitud.

o tensión = deformación / longitud del elemento.

MÁQUINA DE ENSAYO UNIVERSAL(UNIVERSAL TESTING MACHINE UTM)• Es una máquina semejante a una prensa con la

que es posible someter materiales a ensayos de tracción, compresión y corte para medir sus propiedades. La presión se logra mediante placas o mandíbulas accionadas por tornillos o un sistema hidráulico.

• Esta máquina es ampliamente utilizada en la caracterización de nuevos materiales. Así por ejemplo, se ha utilizado en la medición de las propiedades de tensión de los polímeros.

DIAGRAMA ESFUERZO DEFORMACIÓN(STRESS/STRAIN DIAGRAM))

• Diagrama esfuerzo-deformación obtenido a partir del ensayo normal a la tensión de una manera dúctil. El punto P indica el límite de proporcionalidad; E, el límite elástico Y, la resistencia de fluencia convencional determinada por corrimiento paralelo (offset) según la deformación seleccionada OA; U; la resistencia última o máxima, y F, el esfuerzo de fractura o ruptura.

• El punto P recibe el nombre de límite de proporcionalidad (o límite elástico proporcional). Éste es el punto en que la curva comienza primero a desviarse de una línea recta. El punto E se denomina límite de elasticidad (o límite elástico verdadero).

• la ley de Hooke, que expresa que el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación, se aplica sólo hasta el límite elástico de proporcionalidad.

TIPOS COMUNES DE PROPIEDADES MECÁNICAS(COMMON TYPES OF MECHANICAL PROPERTIES)

• Propiedades derivadas del Diagrama Esfuerzo/Deformación.

• Resistencia al Impacto.• Dureza.• Fatiga.• Creep.• Esfuerzo de Rotura.

PROPIEDADES DERIVADAS DEL DIAGRAMA ESFUERZO/DEFORMACIÓN.(PROPIEDADES DERIVADAS DEL DIAGRAMA ESFUERZO/DEFORMACIÓN)

• Fuerza.Es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía.

• Rigidez.

En ingeniería, la rigidez es la capacidad de un elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones y/o desplazamientos.

Los coeficientes de rigidez son magnitudes físicas que cuantifican la rigidez de un elemento resistente bajo diversas configuraciones de carga. Normalmente las rigideces se calculan como la razón entre una fuerza aplicada y el desplazamiento obtenido por la aplicación de esa fuerza.

• Ductilidad.

La ductilidad es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse,

•% Dutilidad = Esfuerzo @ fractura X 100•% Elongación =

Variación de la longitud / Longitud Original

• % Reducción en Área =Cambio de Área / Área original

• Materiales como las aleaciones y los polímeros son dúctiles en cambio cerámicas, o vidrios no son dúctiles en cambio son frágiles.

• Los materiales seleccionados para el proceso constructivo como perfiles conformados en frio deberán tener del 30% al 50% de ductilidad

• Módulo de Resiliencia.

• En ingeniería, se llama resiliencia de un material a la energía de deformación (por unidad de volumen) que puede ser recuperada de un cuerpo deformado cuando cesa el esfuerzo que causa la deformación. La resiliencia es igual al trabajo externo realizado para deformar un material hasta su límite elástico:

• El primer cuadro representa la resiliencia

• Módulo de Dureza.

• La dureza es una medida de la energía que una muestra puede absorber antes de que se rompa.

• Piénselo, si la altura del triángulo del gráfico es la resistencia y la base de ese triángulo es el estiramiento, entonces el área es proporcional a resistencia por estiramiento.

• Dado que la resistencia es proporcional a la fuerza necesaria para romper la muestra y el estiramiento es medido en unidades de distancia (la distancia que la muestra es estirada), entonces resistencia por estiramiento es proporcional a fuerza por distancia, y según recordamos de la física, fuerza por distancia es energía.

ESFUERZO DE IMPACTO(IMPAC STRENGTH)• Los materiales dúctiles como

los metales y polímeros poseen un buena dureza y resistencia al impacto.

• Materiales Frágiles como cerámicas y vidrios tienen una dureza despreciable

ESFUERZO ÚLTIMO (ULTIMATE STRENGTH)• Es la máxima resistencia a la tensión de un

material contra del cambio de su forma, y es igual a:

Carga máxima/Área Original Esforzada

• Esfuerzos relevante en algunos materiales:

• Resistencia a la Tracción (aleaciones metálicas como aceros, materiales compuestos como FRP)

• Resistencia a la Compresión (aleaciones metálicas, Polímeros T.S., Cerámicas)

• Esfuerzo de corte = 40% del esfuerzo de traición.• Esfuerzo Específico =

Esfuerzo de tracción/Densidad

PUNTO DE FLUENCIA/ESFUERZO DE FLUENCIA(YIELD POINT STRESS/YIELD STENGTH)

• La fluencia o cedencia es la deformación irrecuperable de la probeta, a partir de la cual sólo se recuperará

la parte de su deformación correspondiente a la deformación elástica, quedando una deformación irreversible. Mediante el ensayo de tracción se mide esta deformación característica que no todos los materiales experimentan.

• El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, proceso mediante el cual el material se deforma plásticamente.

• Alcanzado el límite de fluencia se llegan a liberar las dislocaciones, produciéndose una brusca deformación.

EL PROBADOR DE IMPACTO (TIPO PÉNDULO)

• Existen dos métodos de ensayo por impacto, ambos métodos utilizan especímenes standart con muescas, el espécimen Charpy (vigas-I horizontal) o las (vigas en volado vertical) Izod para medir la energía requerida (pies. libras) para fracturar la muestra.

MÉTODO CHARPY• Con la finalidad de que el material esté actuando en las más severas

condiciones, el método Charpy utiliza probetas entalladas (estado triaxial de tensiones) y velocidades de deformación de 4,5 a 7 m/s, siendo el entorno recomendado por las normas el de 5 a 5,5 m/s.

• Las probetas se colocan, como muestra la figura , simplemente apoyadas sobre la mesa de la máquina y en forma tal que la entalladura se encuentra del lado opuesto al que va a recibir el impacto. En la misma figura se puede observar la correcta posición del material como así también la forma y dimensiones de los apoyos y de la pena del martillo pendular.

MÉTODO IZOD• En el método Izod la probeta se coloca en voladizo y en posición

vertical, siendo asegurada por la mesa de apoyo de modo tal que la entalladura quede en el plano de las mordazas; en estas condiciones el extremo del martillo golpea al material a 22 mm de las mismas, como indica la figura pudiendo realizarse más de un ensayo sobre la misma probeta, cuando se emplean las del tipo b de la figura, la que también puede construirse de sección circular, que presenta la ventaja de que permite determinar la energía de rotura sobre caras o generatrices opuestas y a diferentes profundidades de la muestra

ESTUDIO DE CASO DE LA SELECCIÓN DE MATERIALES• Dos materiales son disponibles de la siguiente manera:• A.- acero de bajo carbono• B.- aluminio con la misma resistencia a la fluencia del acero,• Seleccionar un tipo material del guardachoques para las

siguientes aplicaciones:• I.- el guardachoques debe permanecer intacto después de un

impacto de baja velocidad.II.- una mejor protección de la tripulación en caso de colisión de alta velocidad.Aplicación I Aplicación II

1.- absorción de la energía elástica

1.- absorción de la energía elástica

2.- módulo de reciliencia 2.- modulo de resistencia

3.- seleccionar el mas alto W, M o R

3.- seleccionar el mas alto W, M o T

4.- seleccionar el mas bajo W o E

4.- seleccionar el mas bajo W o %el

5.- seleccionar el alumino (Est=3Eal)

5.- seleccionar el acero(St%el=3Al%el)

Dureza

• la resistencia de la superficie de material contra indentación y rayones.

• la dureza de la superficie sirve como un factor en la selección de un material para aplicaciones de contacto deslizante, tales como engranajes, frenos y embragues, rodamientos de bolas / rodillos, etc.

• esta propiedad se especifica en los forjados de ingeniería para la fabricación en propósitos de tratamiento térmico.

• Las aleaciones metálicas tienen buena dureza, las aleaciones fundidas y la cerámica son materiales muy duros.

La dureza Rockwell o ensayo de dureza Rockwell• es un método para determinar la dureza, es decir, la

resistencia de un material a ser penetrado. El ensayo de dureza Rockwell constituye el método más usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar a cabo y no requiere conocimientos especiales. Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargas, lo cual permite ensayar prácticamente cualquier metal o aleación.

• Las durezas Rockwell y Rockwell Superficial vienen dadas por la siguiente fórmula:

• XXX H X X• XXX H X X• Numero de dureza código método escala de rockwell

penetrador carga aplicación

diamante 1g a 2000g Acero suave para microduresa en

cerámicas

esfera 500& 3000kg Acero suave & metales de 40 HRC(dureza

rockwell)

esfera 100kg aceros suaves y metales no ferrosos

esfera 15,30 &45 Kg Metales delgados suaves

diamante 15,30 &45 Kg chapas finas duras

diamante 50kg Carburos cementados

esfera 10kg polimeros

aguja resorte elatomeros

diamante^

150 kg Metales endurecidos (espesor)

Ejemplo:1.- 50-60 HRC

Valor de dureza de 50 a 60 utilizando la escala de rockwell

2.- 85 HR15T max

Máximo valor de dureza de 85 usando la escala de rockwell superficial 15 T

3.- 185-240 1kgf HV

Valor de dureza de 185-240 usando el ensayador de dureza Vickers y probando con una carga de 1 kilogramo fuerza

4.- 500 200gF HK min

Mínimo valor de dureza de 500 usando el usando el ensayador de dureza Knoop y probando con una carga de 200 gramos fuerza

Fatiga• La falla de los materiales se debe a la alternación repetida de

esfuerzos.

• La falla por fatiga ocurre después de un cierto numero de ciclos(duracion) de tensiones.

• La resistencia a la fatiga es un factor importante para el proceso de selección de un material para la aplicación cíclica de carga.

• Un eje rotatorio sometido a cargas transversales es usado para determinar la capacidad de los materiales para resistir esfuerzos permanentes.

• límite de resistencia es una resistencia a la fatiga en las que el componente tiene duración indefinida, como se muestra en la figura.

Flujo plástico(creep)• Es un proceso de deformación plástica lenta que

toma lugar cuando un material esta sujeto a una condición de cargas constantes (esfuerzos) por debajo del rendimiento de esfuerzos por cierto periodo de tiempo.