Propiedades Mecnicas

Propiedades Mecnicas

Deformacin Elstica:Se produce cuando se somete una pieza de metal a una fuerza de traccin unixial. Si el metal recupera sus dimensiones originales cuando se elimina la fuerza, se considera que el metal ha sufrido una deformacin elstica

Deformacin plstica:

Se produce cuando se somete una pieza de metal a una fuerza de traccin uniaxial. Si el metal no recupera sus dimensiones originales se dice que ha sufrido una deformacin plstica.

Tensin. Tensin de Ingeniera. Resistencia Mecnica. Resistencia.Deformacin ConvencionalCuando una fuerza de traccin unixial se aplica a una barra, como la que se muestra en la figura anterior, se produce un alargamiento de la barra en la direccin de la fuerza. Dicho desplazamiento se conoce como deformacin. Por definicin, deformacin convencional es la relacin entre el cambio en la longitud de una muestra en la direccin en la que aplica la fuerza y la longitud original de la muestra considerada.

Tensin de Cizalladura y Deformacin de Cizalladura

DuctilidadCapacidad de un material para deformarse plsticamente sin fracturarse, medida por la elongacin o reduccin de rea en un ensayo de traccin

TenacidadCapacidad de un metal para absorber energa y deformarse plsticamente antes de fracturarse. Generalmente es medida por la energa absorbida en un ensayo de cargas aplicadas con impacto sobre una barra muescada, pero el rea bajo la curva esfuerzo-deformacin en el ensayo de traccin tambin es una medida de tenacidad.

El Ensayo de Traccin y el Diagrama Tensin-Deformacin ConvencionalSe utiliza para evaluar la resistencia de metales y aleaciones. En este ensayo, una muestra de metal se estira a velocidad constante hasta la fractura, que se produce en un tiempo relativamente corto. Las dos figuras siguientes son una muestra de este ensayo en diferentes metales. Las propiedades mecnicas de metales y aleaciones que tienen inters para el diseo estructural en ingeniera y que pueden obtenerse a partir del ensayo de traccin tcnico, son:

Mdulo de ElasticidadLmite elstico convencional de 0,2%Resistencia a la traccinPorcentaje de alargamiento a fracturaPorcentaje de estriccin a fractura

a)b)Mdulo de ElasticidadSe le conoce tambin con el nombre de mdulo de Young.En la primera parte del ensayo de traccin, el metal se deforma elsticamente. Es decir, si la fuerza que acta sobre la muestra desaparece la probeta volver a su longitud inicial. Para metales, la mxima deformacin elstica suele ser inferior a 0,5%, en general, los metales y aleaciones muestran una relacin lineal entre la tensin aplicada y la deformacin producida en la regin elstica del diagrama convencional que se describe por la ley de Hooke.

Lmite ElsticoEl lmite elstico es un valor muy importante para el diseo estructural en ingeniera, pues es el nivel de tensin al que un metal o aleacin muestran una deformacin elstica significativa. Debido a que no hay un punto definido de la curva tensin-deformacin donde acaba la deformacin elstica y empieza la deformacin plstica, se determina el lmite elstico como la tensin a la que se produce una deformacin elstica definida. En muchas ocasiones se determina el lmite cuando se produce una deformacin de 0,2% tal como se muestra en la figura b.

Resistencia a la TraccinEs la mxima tensin que se alcanza en la curva tensin-deformacin. Si la probeta desarrolla un decrecimiento localizado de la seccin transversal (comnmente denominada estriccin), la tensin convencional decrecer con el incremento de la deformacin hasta producirse la fractura, por que la deformacin convencional se determina utilizando el rea original de la seccin transversal de la probeta. Cuanto ms dctil es el metal, mayor es la estriccin antes de la fractura y mas descendente la tensin alejndose al valor de resistencia a la traccin.

Porcentaje de Alargamiento a FracturaEs el porcentaje de alargamiento que una probeta a traccin soporta durante el ensayo proporcionando un valor de la ductilidad del metal. La ductilidad de metales suele expresarse como porcentaje de alargamiento. En general, a mayor ductilidad del metal, mayor porcentaje de deformacin.

El porcentaje de alargamiento a fractura tiene importancia no solo como medida de la ductilidad, sino tambin como ndice de la calidad del metal. Si existen porosidades, inclusiones, deterioro debido a sobrecalentamiento, el porcentaje de alargamiento decrece por debajo del valor normal.

Porcentaje de Estriccin a Fractura

FragilidadCalidad de un material que da lugar a la propagacin de fisuras sin deformarse plsticamente.

DurezaResistencia del metal a la deformacin plstica generalmente por indentacin o penetracin. En estas pruebas se usa indentadores convencionales bajo una carga esttica.Dureza a la lima. Dureza de acuerdo con lo determinado por la utilizacin de una lima de dureza estandarizada, suponiendo que un material no puede ser cortado por la lima es tan duro como la lima o ms que ella. Se pueden utilizar limas que abarcan gran variedad de durezas.Dureza al rayado. Dureza de un metal determinado por el ancho de un rayado hecho por una punta de corte que recorre una superficie bajo una presin dada.

Ensayo de Dureza

La dureza es una medida de la resistencia de un metal a la deformacin permanente (plstica). Se mide forzando la indentacin de un penetrador en la superficie del metal. El penetrador que normalmente es una bola, pirmide o cono, est fabricado por un material mucho ms duro que el material a ensayar. Por ejemplo el material empleado en estos penetradores suele ser acero templado, carburo de tungsteno o diamante. En la mayora de los ensayos de dureza normalizados se aplica lentamente una carga conocida, que presiona el penetrador contra la superficie al metal a ensayar y perpendicularmente a esta. Despus de producir la indentacin se retira el penetrador. Se calcula o se lee en un dial un nmero emprico de dureza basado en el rea del corte transversal de la huella producida o en su profundidad. Los tipos de huellas producidos asociados a 4 ensayos de durezas son:Brinell, Vickers, Knoop y Rockwell.El nmero de dureza para cada uno de estos ensayos depende del penetrador y de la carga aplicada.

FracturaUno de los aspectos ms importantes y prcticos de la seleccin de metales en el diseo, desarrollo y produccin de nuevos componentes es la posibilidad de que el componente falle durante su funcionamiento habitual. La falla se puede definir como la incapacidad de un material o componente de 1) Realizar la funcin prevista, 2) Cumplir los criterios de desempeo aunque pueda seguir funcionando, o 3) Tener un desempeo seguro y confiable incluso despus de deteriorarse. El rendimiento, desgaste, la torcedura (inestabilidad elstica), la corrosin y la fractura son ejemplos de situaciones en las que se ha hallado un componente.

La fractura es la separacin de un slido en dos o mas piezas bajo la accin de una fuerza. En general, la fractura de los metales puede clasificarse en dctil y frgil, pero puede ser una mezcla de ambas

Fractura DctilLa fractura dctil de un metal tiene lugar despus de una intensa deformacin plstica. Pueden reconocerse tres etapas distintas en la fractura dctil:1) La muestra presenta una estriccin y se forman cavidades en la zona de estriccin, 2) Las cavidades formadas se juntan generando una fisura en el centro de la probeta que se propaga hacia la superficie de la misma y en direccin perpendicular al esfuerzo aplicado y 3) Cuando la fisura se aproxima a la superficie, en direccin de la misma cambia a 45 respecto al eje de la tensin y se genera una fractura del tipo cono y copa.

En la prctica, las fracturas dctiles son menos frecuentes que las frgiles, y su principal causa es el exceso de carga aplicado al componente. La sobrecarga podra ocurrir como resultado de 1) Un diseo inadecuado, lo que incluye a la seleccin de materiales, 2) Fabricacin inadecuada o 3) Abuso (el componente se emplea a niveles de carga por encima del permitido por el diseador)

Fractura FrgilMetales y aleaciones que se fracturan con poca deformacin. Se cree que la fractura frgil tiene ha lugar en los metales en 3 etapas:1)La deformacin plstica concentra las dislocaciones.2)El esfuerzo cortante se acumula en los lugares donde las dislocaciones estn bloqueadas3) Un esfuerzo posterior propaga las microfisuras.En muchos casos, las fracturas frgiles ocurren debido a la existencia de defectos en el metal. Estos se forman durante la etapa de fabricacin o aparecen durante el desempeo. Pueden formarse pliegues, grandes inclusiones microestructura defectuosa, porosidad, roturas y fisuras durante las operaciones de manufactura.

Tenacidad y Prueba de Impacto

La tenacidad es importante en la ingeniera cuando se considera la capacidad que tiene un material para soportar un impacto sin que se produzca la fractura. En la figura se muestra un pndulo Sharpy que permite medir esta propiedad.

Resistencia a la Fractura

Fatiga de los metalesLa aplicacin de esfuerzos cclicos o repetitivos, hacen que muchas piezas se rompan por fatiga a un esfuerzo mucho menor de lo que la pieza puede soportar durante la aplicacin de un esfuerzo esttico sencillo. Estas fallas se denominan fallas por fatiga. Las piezas mviles como los ejes de transmisin de movimiento, bielas y engranajes son ejemplos de piezas de las mquinas en la que es comn la falla por fatiga. Algunas estimaciones de las fallas de las mquinas se atribuyen en un 80% de la accin directa a las fallas por fatiga.

La falla por fatiga se origina en un punto de concentracin de esfuerzos como lo es un extremo afilado o una muesca, o en una inclusin metalrgica o fisura. Una vez nucleada, la fisura se propaga a travs de la pieza sometida a esfuerzos cclicos o repetidos. En esta etapa del proceso de fatiga se forman las denominadas conchas de almeja o marcas de playa, como se observa en la figura. Finalmente la seccin remanente se hace tan pequea que no puede soportar la carga aplicada y tiene lugar la fractura del componente.

Imagen de un eje fabricado con acero 1040 fracturado por fatiga, se puede apreciar las orillas de playa.Por ello, usualmente se pueden reconocer 2 tipos distintos de superficies:1)Una regin lisa debido a la friccin entre las superficies abiertas durante la propagacin de la fisura a travs de la seccin.

2)Una superficie rugosa generada durante la fractura cuando la carga es demasiado elevada para la seccin transversal remanente.

Factores de importancia que afectan la resistencia a la fatiga de los metales

La resistencia a la fatiga de un metal o aleacin es afectada por otros factores adems de la composicin qumica del metal. Algunos de los factores mas importantes son:Concentracin de esfuerzos La resistencia a la fatiga queda reducida de forma muy importante por la presencia de puntos con concentracin de esfuerzos tales como muescas, orificios, hendiduras o cambios bruscos en la seccin transversal.Aspereza Superficial En general cuanto mas liso sea el acabado superficial de la probeta metlica, mayor ser su resistencia a la fatiga. Las superficies speras generan concentracin de esfuerzos que facilitan la formacin de fisuras por fatiga.3. Estado de la superficie Puesto que las mayoras de las fallas por fatiga se originan en la superficie del metal, cualquier cambio importante en las condiciones de la superficie afectara la resistencia a la fatiga del metal. Por ejemplo, los tratamientos para el endurecimiento de la superficie4. Medio Ambiente Si se encuentra presente un ambiente corrosivo durante la aplicacin de ciclos de fatiga a un metal el ataque qumico acelera de manera muy importante la velocidad a la cual se propaga la fisura por fatiga. La combinacin del ataque corrosivo y los esfuerzos cclicos en un metal se conoce como corrosin-fatiga.