Ciencia de Materiales. Capitulo 6. Parte 1.

Metales Dureza y ensayo de dureza Deformacion plastica Fractura Fatiga de los materiales Ceramicos

Ciencia de Materiales:

Estructuras y propiedades.

Juan Jose Reyes Salgado

Deformacion elastica y plastica

I Si el metal recupera sus dimensiones originales cuando seelimina la fuerza, se considera que el metal ha sufrido unadeformacion elastica.

I En esta deformacion los atomos del metal se desplazan de susposiciones originales sin llegar a alcanzar nuevas posiciones.

I Si el metal se deforma tanto que no puede recuperarcompletamente sus dimensiones originales, se considera queha sufrido una deformacion plastica.

I Se debe a la capacidad de algunos metales pueden serdeformados sin fracturarse.

Tension de ingenierıa

I Unidades:

I Sistema ingles: lb/in2 = Psi.I Sistema internacional: N/m2 = Pa

I Conversiones:

I 1 psi = 6.89 × 103Pa

I Unidades:I Sistema ingles: lb/in2 = Psi.

I Sistema internacional: N/m2 = Pa

I Conversiones:

I 1 psi = 6.89 × 103Pa

I Unidades:I Sistema ingles: lb/in2 = Psi.I Sistema internacional: N/m2 = Pa

I Conversiones:

I 1 psi = 6.89 × 103Pa

I Conversiones:

I 1 psi = 6.89 × 103Pa

I Conversiones:I 1 psi = 6.89 × 103Pa

Deformacion convencional

I Cuando una fuerza de traccion uniaxial se aplica a una barra,se produce un alargamiento de la barra en la direccion de lafuerza. A esto se le conoce como Deformacion convencional.

ε =l − l0l0

I En la practica industrial:

% deformacion = ε× 100 % = % alargamiento

ε =l − l0l0

Coeficiente de Poisson

ν = −εxεz

= −εyεz

Tension de cizalladura

τ = −S

Formacion de cizalladura

I G es el coeficiente de rigidez:

τ = Gγ

Formacion de cizalladura

hI G es el coeficiente de rigidez:

τ = GγJuan Jose Reyes Salgado

Diagrama de tension - deformacion convencional

Valores de propiedades mecanicas obtenidas del ensayo de traccion

1 Modulo de elasticidad.

2 Lımite elastico convencional de 0.2 %.

3 Resistencia de traccion.

4 Porcentaje de alargamiento a fractura.

5 Porcentaje de estriccion a fractura.

Modulo de elasticidad

Descrito por la Ley de Hooke:

σ = Eε

E es el modulo de Young.

Lımite elastico

Resistencia de traccion

Porcentaje de alargamiento

% alargamiento =l − l0l0

× 100 %

Porcentaje de estruccion

% reduccion de area =A0 − Af

A0× 100 %

La dureza es una medida de la resistencia de un metal a ladeformacion permanente.

Bandas de deslizamiento en la superficie de cristales

Deformacion plastica de cristales

I La fractura es la separacion de un solido en dos o mas piezasbajo la accion de una fuerza.

I Fractura ductil: tiene lugar despues de una deformacionplastica intensa y se caracteriza por su lenta propagacion.

I Fractura fragil: se produce usualmente a lo largo de los planoscristalograficos caracterısticos, denominados planos deexfoliacion y presenta una rapida propagacion de la fisura.

Fractura ductil

Fractura fragil

I Etapas que tienen lugar en la fractura fragil

1 La deformacion plastica concentra las dislocaciones a lo largode los planos de deslizamiento en los obstaculos.

2 El esfuerzo cortante se acumula en los lugares donde lasdislocaciones estan bloqueadas y como resultado se nucleanmicrofisuras.

3 Un esfuerzo posterior propaga las microfisuras y la energıa dedeformacion elastica almacenada puede contribuir a lapropagacion de las mismas.

I La transicion de comportamiento ductil a fragil se denominatransicion de ductil a fragil.

Fractura fragil

Tenacidad y prueba de impacto

La tenacidad es una medida de la cantidad de energıa que unmetal puede absorber antes de fracturarse.

Las piezas metalicas sometidas a esfuerzos cıclicos se rompen porla fatiga que sufren debido a un esfuerzo mucho menor de lo que lapieza puede soportar durante la aplicacion de un esfuerzo estaticosencillo.

Generalidades

I Los ceramicos son relativamente fragiles.

I Resistencias de tension varıan desde 100 - 106 Psi.

I Algunos materiales ceramicos son duros y tienen bajaresistencia al impacto debido a sus enlaces ionicos-covalentes.

I La arcilla plastificada es un material ceramico blando yfacilmente deformable a causa de sus fuerzas de enlace.

Generalidades

Mecanismos para la deformacion

I En cristales covalentes y ceramicos unidos en forma covalente,el enlace entre atomos es especıfico y direccional, involucrandoel intercambio de cargas electronicas entre pares de electrones.

I Estos son fragiles en el estado monocristalino y policristalino.

I Ceramicos unidos en forma ionica es diferente.

I Los ceramicos monocristalinos ionicos muestran considerabledeformacion plastica bajo esfuerzos de compresion.

I Los ceramicos policristalinos ionicos se fracturan en los lımitesdel grano.

Factores que afectan la resistencia

I Las principales fuentes de fractura en los ceramicos son:

I Superficies producidas durante el acabado superficial.I Los huecos (porosidad).I El tamano de los granos que lo forman.

I Las principales fuentes de fractura en los ceramicos son:I Superficies producidas durante el acabado superficial.

I Los huecos (porosidad).I El tamano de los granos que lo forman.

I Las principales fuentes de fractura en los ceramicos son:I Superficies producidas durante el acabado superficial.I Los huecos (porosidad).

I El tamano de los granos que lo forman.

I Las principales fuentes de fractura en los ceramicos son:I Superficies producidas durante el acabado superficial.I Los huecos (porosidad).I El tamano de los granos que lo forman.

Tenacidad de los materiales ceramicos

Falla por fatiga

Propiedades termicas de los ceramicos

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