CURSO: INGENIERA DE MATERIALES

DOCENTE: Ing. Sofa Terrones Abanto

sofiaterrones@gmail.com

TEMA: PROPIEDADES DE LOS MATERIALES I

INGENIERA INDUSTRIAL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

Reconocer los tipos de esfuerzos que se dan en las estructuras,

cuando son sometidas a cargas externas.

Determinar el lmite de proporcionalidad, lmite elstico,

resistencia a la fluencia, resistencia a la traccin en una curva

esfuerzo deformacin.

Identificar la zona elstica, fluencia, endurecimiento y estriccin

en una curva esfuerzo deformacin.

Analizar el comportamiento de la curva esfuerzo deformacin.

OBJETIVOS:

CRISTALES METALICOS

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IMPERFECCIONES

CRISTALINAS

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TIPOS DE ESFUERZO

Dependiendo de la direccin y sentido relativos entrelas fuerzas actuantes y la posicin del cuerpo sobre elcual actan:

Esfuerzo de traccin: Fuerza que intentaseparar o estirar una muestra de prueba, tienden aalargar el cuerpo.

Esfuerzo de compresin: Fuerza que intenta aplanar o apretar un material, es perpendicular a la seccin transversal del cuerpo, pero este esfuerzo tiende a acortar dicho cuerpo.

Esfuerzo de torsin: Tipo de esfuerzo de desplazamiento que intenta torcer un material de forma encontrada.

Ocurre cuando sobre el cuerpo actan fuerzas que tienden a cortarlo o desgarrarlo. En este caso, la superficie de corte es perpendicular a la fuerza aplicada.

Esfuerzo de Corte

CORTE

Esfuerzo de flexin: Cuando sobre el cuerpoactan fuerzas que tienden a doblar el cuerpo. Estoproduce un alargamiento de unas fibras y unacortamiento de otras. Este tipo de esfuerzos sepresentan en puentes, vigas de estructuras, perfilesque se curvan en mquinas.

Esfuerzos en la Prctica

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ESTRUCTURAS SOMETIDAS A ESFUERZOS

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ESTRUCTURAS SOMETIDAS A ESFUERZOS

Deformacin Unitaria ():

Consideremos a la barra de seccin constante que soportan una carga

axial P en su extremo.

Bajo la accin de la carga, la barra sufrir una

deformacin que denominaremos con la letra

griega (delta)

(psilon): deformacin unitaria

: deformacin total (LF LI )

Lo : longitud original

Deformaciones

Deformacin Elstica

Deformacin restaurable, debido a un esfuerzo aplicado. Se presenta tan

pronto como se aplica la fuerza, permanece mientras se aplica el esfuerzo y

desaparece tan pronto como se retira la fuerza.

Deformaciones

Deformacin Plstica

Deformacin permanente de un material, cuando se quita el esfuerzo, el

material no regresa a su forma original.

Ensayo de traccin

El Ensayo de Tensin mide la resistencia mecnica de un material

(metales, aleaciones y plsticos) a una fuerza esttica o aplicada

lentamente,

Este ensayo es utilizado para determinar la resistencia, ductilidad y

elasticidad del metal.

El ensayo de tensin se realiza bajo la norma ASTM E-8 o bien la norma

chilena NCH 200, entre otras.

EQUIPO PARA EL ENSAYO DE TRACCIN

EQUIPO PARA ENSAYO TRACCIN

Ensayo de Traccin

Fig. 08. Probetas que se utilizan en el ensayo de traccin

Probeta de traccin

Video de estriccin de la

probeta de traccin

Es un ensayo en el cual una muestra se

somete a traccin, tpicamente hasta que

rompe o fractura. Se usa para caracterizar el

comportamiento a traccin de los materiales.

Montaje experimental:

1. Se fija la probeta por ambos extremos.

2. Es necesario medir la carga aplicada y el

alargamiento de la probeta.

3. Normalmente se usa una celda de carga

para medir la fuerza.

4. Normalmente se usa un extensmetro o

medidor de deformacin para medir el

alargamiento de la longitud calibrada.

5. La muestra se somete a traccin

(tpicamente moviendo un actuador donde

est fijado un extremo de la probeta,

mientras el otro permanece fijo.

6. Se registra la carga y el alargamiento de la

probeta.

Procedimiento del ensayo de traccin

Grfica Esfuerzo y Deformacin

Fig. 01. Diagrama esfuerzo deformacin unitaria para

un acero estructural caracterstico en tensin

Conceptos Tensin-Deformacin

1) Zona Elstica: Es la parte donde al retirar la carga el material regresa a su forma y tamao inicial.

2) Zona de Fluencia: Regin en donde el material se comporta plsticamente; es decir, en la que contina deformndose bajo una tensin constante.

3) Zona de Endurecimiento: Zona en donde el material retoma tensin para seguir deformndose; va hasta el punto de tensin mxima.

4) Zona de Estriccin: En ste ltimo tramo el material se va poniendo menos tenso hasta el momento de la fractura.

Conceptos Tensin-Deformacin

5) Lmite proporcional: Tensin mxima para la cual la deformacin es proporcional a la tensin.

6) Mdulo de Elasticidad (E): Relacin entre la tensin y la deformacin del acero. Vlida hasta el lmite proporcional.

7) Tensin de Fluencia: Tensin para la cual el material se comporta plsticamente, el cual fluye a un valor constante de tensin.

8) Lmite Elstico: Tensin mxima para la cual la deformacin es completamente recuperable. Pasado ese valor, queda una deformacin permanente.

Para materiales sometidos a esfuerzos tensionantes, a relativamente bajos niveles, el esfuerzo y la deformacin son proporcionales

La constante E es conocida como el Mdulo de Elasticidad, o Mdulo de Young. Es una medida de la rigidez de un material.

Es medida en MPa y puede valer de ~4.5 x 104 a 4 x 107 MPa

Ley de Hooke

Como se expuso anteriormente, es una grfica donde se

observa la variacin del esfuerzo normal () respecto a ladeformacin unitaria () a partir de los resultados obtenidos en unensayo de traccin.

Aunque estas curvas pueden tener mltiples

comportamientos segn el material del que se trate, las tendencias

que nos interesa estudiar se muestran abajo.

Curva Esfuerzo - Deformacin

Con una mirada superficial sobre las curvas, podemos observar

dos cosas. En primer lugar, los materiales frgiles se deforman muy poco

antes de romperse, a diferencia de los materiales dctiles. Por otro lado,

los materiales dctiles pueden presentar no zona de fluencia. Si el

material es un metal puro, la curva no presentar este fenmeno, y

viceversa si se trata de una aleacin.

Siendo ms detallistas, podremos notar que podemos dividir la

curva en varias zonas. Para esto, centraremos nuestra atencin en los

materiales con zona de fluencia (por poseer la curva ms compleja).

En primer lugar, podemos

dividir la curva en dos zonas generales.

La zona elstica (AB) se caracteriza

porque las deformaciones producidas

en esta seccin son de carcter

elstico.

Por otro lado, en la zona plstica (BE)

las deformaciones producidas son

permanentes.

En la zona plstica ocurren tres fenmenos:

- Fluencia (tramo BC)

- Endurecimiento por deformacin (tramo CD)

- Formacin de cuello o estriccin (tramo DE).

Estudiaremos ahora cada zona con mayor detenimiento.

Donde E es el mdulo de

Young mdulo de elasticidad

del material. Este

comportamiento elstico se

cumple hasta el lmite de

elasticidad (E), el cual es unvalor de esfuerzo bastante difcil

de conseguir, y es apenas un

poco superior al lmite de

proporcionalidad del material.

Zona Elstica

Como se mencion anteriormente, las deformaciones

producidas en esta zona son elsticas, es decir: desaparecen si se

retira la carga. Durante el primer tramo, esta zona exhibe un

comportamiento lineal hasta el lmite de proporcionalidad (P), apartir del cual cambia su tendencia. Se cumple entonces hasta el

valor de esfuerzo mencionado anteriormente la ley de Hooke:

Zona de Fluencia

Se presenta en los metales aleados. Est caracterizada por

dos valores de esfuerzo: el punto superior de fluencia y el punto

inferior de fluencia. En esta zona y en las siguientes, las

deformaciones sern permanentes, al igual que todos los cambios

en sus propiedades mecnicas sufridos debido a dicha deformacin.

Zona de Endurecimiento por Deformacin

Durante esta etapa, ocurre una disminucin uniforme de la

seccin transversal de la probeta a lo largo de su longitud L. Para

continuar deformando la probeta, se debe aumentar notablemente el

valor de la carga aplicada, por ello se dice que el material en esta

zona se endurece. El esfuerzo ltimo (U) marca el final de estaetapa.

Zona de formacin de cuello Estriccin

En esta fase final ocurre la estriccin, que consiste en una

reduccin del rea de la seccin transversal en una zona especfica.

Debido a esta reduccin, la carga que debe ejercer la mquina de

ensayo para deformar la probeta se hace cada vez menor, aunque

en realidad el esfuerzo en la probeta va en aumento hasta que

ocurre la ruptura.

La curvas mostradas hasta ahora desprecian el fenmeno

de estriccin en la probeta. Por ello, se les denomina Curvas

Nominales de Esfuerzo-Deformacin. Al considerar la formacin de

cuello en la probeta, el esfuerzo real no presenta un valor mximo

luego de la fluencia, sino que aumenta hasta la ruptura del material.

Esfuerzo real y Deformacin real

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COMPORTAMIENTOS TPICOS EN GRAFICAS DE TENSIN DE LOS MATERIALES

15/05/2015 Ing. Alexander Vega Anticona 50