PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALES

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESINTRODUCCINLas propiedades mecnicas de los materiales nos permiten diferenciar un material de otro ya sea por su composicin, estructura o comportamiento ente algn efecto fsico o qumico.En la mecnica de los materiales se estudia las deformaciones unitarias y desplazamiento de estructuras y sus componentes debido a las cargas que actan sobre ellas.Basados en la mecnica de materiales sabremos de que se trata cada propiedad mecnica.Entender el comportamiento mecnico es esencial para el diseo seguro de todos los tipos de estructuras.DEFORMACIN REAL Y UNITARIAProceso por el cual una pieza, metlica o no metlica, sufre una elongacin por una fuerza aplicada en equilibrio esttico o dinmico, es decir, la aplicacin de fuerzas paralelas con sentido contrario.

DEFORMACIN REAL Y UNITARIALa deformacin de cualquier pieza est relacionada con varias variables, como son el rea transversal a la aplicacin de la fuerza, la longitud inicial de la pieza y el mdulo de elasticidad.Deformacin de un material: = P.L / A.EP: Fuerza aplicada a la PiezaL: Longitud Inicial de la PiezaA: rea transversal a laaplicacinde la fuerzaE: Modulo de Elasticidad del MaterialDefinimos la deformacin unitaria: = / L

DEFORMACIN REAL Y UNITARIAEsfuerzo axial: relacinde fuerza sobre rea transversal = P / A Al reemplazar en la ecuacin tendremos, la ley de Hooke: = E . As se generaliza el clculo de la deformacin tanto para piezas de enormes dimensiones como para simples probetas.la ley de Hooke es aplicable para cualquier fuerza aplicada, sin importar su valor? Evidentemente no; se hace obvio que los materiales ante la presencia de ciertas fuerzas seromperno se generarn deformaciones permanentes.

DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIN UNITARIA

Cada material tiene propiedades mecnicas definidas (elasticidad, plasticidad, maleabilidad, dureza, etc.)El diagrama de esfuerzo-deformacin unitaria varia de un material a otro.Es posible distinguir algunas caractersticas comunes entre los diagramas esfuerzo-deformacin de distintos grupos de materiales, y dividir los materiales en dos ampliascategoras: Materiales dctiles y materiales frgiles.

DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIN UNITARIADiagrama ejemplo vs de un material dctil (el material fluyedespusde un cierto punto, llamado punto de fluencia). La ley de Hooke solo es aplicable para la zona elstica, que es la zona que est antes del punto de fluencia.

DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIN UNITARIALa deformacin no siempre es unfenmenonegativo, pues produce esfuerzos y tensiones internas en el material. Ladeformacinde los materiales produce mayores niveles de dureza y de resistencia mecnica, y es utilizado en algunos aceros que no pueden ser templados por su bajo porcentaje de carbono.El aumento de dureza pordeformacinen un metal se da fundamentalmente por el desplazamiento de lostomosdel metal sobre planos cristalogrficosespecficosdenominados planos de deslizamiento.

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TIPOS DE FUERZASFuerzas detensin o traccin:La fuerza aplicada intenta estirar el material a lo largo de su lnea deaccin.Fuerza de Flexin: Las fuerzas externas actan sobre el cuerpo tratando de doblarlo, alargando unas fibras internas y acortando otras.

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TIPOS DE FUERZASFuerzas decompresin:La fuerza aplicada intenta comprimir o acortar al material a lo largo de su lnea deaccin.Fuerza de Cizalladura o cortadura:Las fuerzas actan en sentidos contrarios sobre dos planos contiguos del cuerpo, tratando de producir el deslizamiento de uno con respecto al otro.

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TIPOS DE FUERZASFuerza en torsin:La fuerza externa aplicada intenta torcer al material. La fuerza externa recibe el nombre de torque o momento de torsin.

DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIN UNITARIACualquier fuerza externa sobre un material causa deformacin, la cualse define comoel cambio de longitud a lo largo de la lnea deaccinde la fuerza.

El esfuerzo tiene las mismas unidades de la presin. En el sistema mtrico, el esfuerzo se mide en Pascales (N/m2). En el sistema ingls, en psi (lb/in2).

DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIN UNITARIADeformacinSimple: Se refiere a los cambios en las dimensiones de un miembro estructural cuando se encuentra sometido a cargas externas.Deformacinunitaria: Ladeformacinunitaria, se puede definir como la relacin existente entre ladeformacintotal y la longitud inicial del elemento.

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESResistencia mecnica:la resistencia mecnica de un material es su capacidad de resistir fuerzas o esfuerzos. Los tres esfuerzos bsicos son:Esfuerzo de Tensin: Es aquel que tiende a estirar y romper el material. Donde las fuerzas que actan sobre l tienen la misma direccin, magnitud y sentidos opuestos hacia fuera del material.

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESEsfuerzo de compresin: Es aquel que tiende aplastar el material y acortarlo. Donde las fuerzas que actan sobre l tienen la misma direccin, magnitud y sentidos opuestos hacia dentro del material.

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESEsfuerzo cortante: Este tipo de esfuerzo busca cortar el elemento, esta fuerza acta de forma tangencial al rea de corte.

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESPROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESElasticidad: Es la propiedad de un material que le permite regresar a su tamao y formas originales, al suprimir la carga a la que estaba sometido. Para ciertos materiales existe un esfuerzo unitario ms all del cual, el material no recupera sus dimensiones originales al suprimir la carga. A este esfuerzo unitario se le conoce como Lmite Elstico.Plasticidad: Un material completamente plstico es aquel que no regresa a sus dimensiones originales al suprimir la carga que ocasion la deformacin.Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan los cuerpos a ser labrados por deformacin,la maleabilidad permite la obtencin de delgadas lminas de material sin que ste se rompa, teniendo en comn que no existe ningn mtodo para cuantificarlas.El elemento conocido ms maleable es el oro, que se puede malear hasta lminas de una diezmilsima de milmetro de espesor. Tambin presentan esta caracterstica otros metales como el platino, la plata, el cobre, el hierro y el aluminio.

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PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESDuctilidad: Capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material, bajo la accin de una fuerza.

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESResiliencia: Magnitud que cuantifica la cantidad de energa que un material puede absorber al romperse por efecto de un impacto, por unidad de superficie de rotura. Se diferencia de latenacidaden que esta ltima cuantifica la cantidad de energa absorbida por unidad de superficie de rotura bajo la accin de un esfuerzo progresivo, y no por impacto.El ensayo de resiliencia se realiza mediante el Pndulo de Charpy, tambin llamado prueba Charpy.

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESTenacidad: Energa total que absorbe un material antes de alcanzar la ruptura, por accin de una carga.Dureza: Grado de resistencia al rayado que ofrece un material. La dureza es una condicin de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Se evala convencionalmente por dos procedimientos. El ms usado en metales es la resistencia a la penetracin de una herramienta de determinada geometra. PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESEl ensayo de dureza es simple, de alto rendimiento ya que no destruye la muestra y particularmente til para evaluar propiedades de los diferentes componentes microestructurales del material.Los mtodos existentes para la medicin de la dureza se distinguen bsicamente por la forma de la herramienta empleada (penetrador), por las condiciones de aplicacin de la carga y por la propia forma de calcular (definir) la dureza. La eleccin del mtodo para determinar la dureza depende de factores tales como tipo, dimensiones de la muestra y espesor de la misma.

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESDureza Vickers (HV): Mtodo muy difundido, permite medir dureza en prcticamente todos los materiales metlicos independientemente del estado en que se encuentren y de su espesor. El procedimiento emplea un penetrador de diamante en forma de pirmide de base cuadrada. Tal penetrador es aplicado perpendicularmente a la superficie cuya dureza se desea medir, bajo la accin de una cargaP. Esta carga es mantenida durante un cierto tiempo, despus del cual es retirada y medida la diagonaldde la impresin que qued sobre la superficie de la muestra. Con este valor y utilizando tablas apropiadas se puede obtener la dureza Vickers, que es caracterizada porHVy definida como la relacin entre la carga aplicada (expresada en Kgf) y el rea de la superficie lateral de la impresin.

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESDureza Rockwell (HR): La medicin de dureza por el mtodo Rockwell gan amplia aceptacin en razn de la facilidad de realizacin y el pequeo tamao de la impresin producida durante el ensayo.Se basa en la medicin de la profundidad de penetracin de una determinada herramienta bajo la accin de una carga prefijada.El nmero de dureza Rockwell(HR)se mide en unidades convencionales y es igual al tamao de la penetracin sobre cargas determinadas. El mtodo puede utilizar diferentes penetradores siendo stos esferas de acero templado de diferentes dimetros o conos de diamante.

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESDureza Brinell (HB): Se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El indentador o penetrador usado es una bola de acero templado de diferentes dimetros. Para los materiales ms duros se usan bolas de carburo de tungsteno. En el ensayo tpico se suele utilizar una bola de acero de 10 a 12 milmetros de dimetro, con una fuerza de 3.000 kgf. El valor medido es el dimetro del casquete en la superficie del material. Las medidas de dureza Brinell son muy sensibles al estado de preparacin de la superficie, pero a cambio resulta en un proceso barato, y la desventaja del tamao de su huella se convierte en una ventaja para la medicin de materiales heterogneos, como la fundicin, siendo el mtodo recomendado para hacer mediciones de dureza de las fundiciones.PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESDureza Knoop (HK): Es una prueba de microdureza, un examen realizado para determinar la dureza mecnica especialmente de materiales muy quebradizos o lminas finas, donde solo se pueden hacer hendiduras pequeas para realizar la prueba.El test consiste en presionar en un punto con un diamante piramidal sobre la superficie pulida del material a probar con una fuerza conocida, para un tiempo de empuje determinado, y la hendidura resultante se mide usando un microscopio.PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESDIAGRAMA DE ESFUERZO-DEFORMACINUNITARIAEs la curva graficada con los valores del esfuerzo y la correspondiente deformacin unitaria a partir de los datos de un ensayo de tensin o de compresin.

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESa) Lmite de proporcionalidad:Va desde el origen O hasta el punto llamado lmite de proporcionalidad, es un segmento de recta rectilneo, de donde se deduce la tan conocida relacin de proporcionalidad entre la tensin y la deformacin enunciada en el ao 1678 por Robert Hooke.b) Limite de elasticidad o limite elstico:Es la tensin ms all del cual el material no recupera totalmente su forma original al ser descargado, sino que queda con una deformacin residual llamada deformacin permanente.c) Punto de fluencia:Es aquel donde en el aparece un considerable alargamiento o fluencia del material sin el correspondiente aumento de carga que, incluso, puede disminuir mientras dura la fluencia. Sin embargo, el fenmeno de la fluencia es caracterstico del acero al carbono, mientras que hay otros tipos de aceros, aleaciones y otros metales Y materiales diversos, en los que no manifiesta.d) Esfuerzo mximo:Es la mxima ordenada en la curva esfuerzo-deformacin.e) Esfuerzo de Rotura:Verdadero esfuerzo generado en un material durante la rotura.PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESNunca sern exactamente iguales dos diagramas esfuerzo-deformacin unitaria para un material particular, ya que los resultados dependen entre otras variables de la composicin del material, de la manera en que este fabricado, de la velocidad de carga y de la temperatura durante la prueba.Dependiendo de la cantidad de deformacin unitaria inducida en el material, podemos identificar 4 maneras diferentes en que el material se comporta.Comportamiento ElsticoFluenciaEndurecimiento por deformacinFormacin del cuello o estriccin

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESDIAGRAMAS ESFUERZO-DEFORMACIN UNITARIA, CONVENCIONAL Y REAL, PARA UN MATERIAL DCTIL (ACERO)

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESComportamiento ElsticoLa curva es una lnea recta a travs de toda esta regin. El esfuerzo es proporcional a la deformacin unitaria. El material es linealmente elstico. Limite proporcional, es el lmite superior del esfuerzo en esta relacin lineal. La Ley de Hooke es vlida cuando el esfuerzo unitario en el material es menor que el esfuerzo en el lmite de proporcionalidad.Si el esfuerzo excede un poco el lmite proporcional, el material puede responder elsticamente. La curva tiende a aplanarse causando un incremento mayor de la deformacin unitaria con el correspondiente incremento del esfuerzo. Esto contina hasta que el esfuerzo llega al lmite elstico.FluenciaUn aumento en el esfuerzo ms del lmite elstico provocara un colapso de material y causara que se deforme permanentemente. Este comportamiento se llama fluencia. El esfuerzo que origina la fluencia se llama esfuerzo de fluencia o punto de fluencia, y la deformacin que ocurre se llama deformacin plstica.En los aceros con bajo contenido de carbono, se distinguen dos valores para el punto de fluencia.El punto superior de fluencia ocurre primero, seguido por una disminucin sbita en la capacidad de soportar carga hasta un punto inferior de fluencia. Una vez se ha alcanzado el punto inferior de fluencia, la muestra continuara alargndose sin ningn incremento de carga. Endurecimiento por deformacinCuando la fluencia ha terminado, puede aplicarse ms carga a la probeta, resultando una curva que se eleva continuamente pero se va aplanando hasta llegar a este punto se llama el esfuerzo ultimo, Que es el esfuerzo mximo que el material es capaz de soportar.La elevacin en la curva de esta manera se llama endurecimiento por deformacin.Formacin del cuello o estriccinEn el esfuerzo ltimo, el rea de la seccin transversal comienza a disminuir en una zona localizada de la probeta, en lugar de hacerlo en toda su longitud. Este fenmeno es causado por planos de deslizamiento que se forman dentro del material y las deformaciones producidas son causadas por esfuerzos cortantes.Como resultado, tiende a desarrollarse una estriccin o cuello en esta zona a medida que el espcimen se alarga cada vez ms.Puesto que el rea de la seccin transversal en esta zona est decreciendo continuamente, el rea mas pequea puede soportar solo una carga siempre decreciente. De aqu que el diagrama esfuerzo deformacin tienda a curvarse hacia abajo hasta que la probeta se rompe en el punto del esfuerzo de fractura.

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PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALESDIAGRAMAS ESFUERZO-DEFORMACIN UNITARIA PARA OTROS MATERIALES

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