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Introduccin a los Biomateriales Ortopdicos para Endoprtesis
Propiedades Mecnicas de los MaterialesParte II
Dr. Andres Ozols Lic. Silvia Rozenberg [email protected]
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Propiedades Mecnicas: Ensayo de DurezaEnsayo de Dureza
9Alternativa simple al ensayo de traccin.9La resistencia a la indentacin indica
cualitativamente su resistencia.
Forma del PenetradorForma del Penetrador: redondeado o puntiagudo.Material del PenetradorMaterial del Penetrador: debe ser ms duro que el de la pieza que se ensaya. Ejemplos: acero reforzado, carburo de wolframio, diamante.
La cuantificacin de los ensayos de dureza se denomina ndice de dureza
Su clculo hace uso de la geometra de la indentacin.
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Propiedades Mecnicas: Ensayo de Dureza
La geometra del identor depende del tipo de ensayo
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Propiedades Mecnicas: Ensayo de Dureza
Brinell (BHN: BrinellHardness Number)
Motivos:9Una nica escala cubre un amplio rango de durezas. 9Se tiene una correlacin bastante lineal con la resistencia a la traccin
RockwellMotivo: dispone de muchas escalas para diferentes rangos de dureza
Tipos de DurezaEmpleados Habitualmente
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Propiedades Mecnicas: Ensayo de Dureza
Para microdureza el equipo incluye un microscopio
potente.
Unidades para el clculo de ndice de dureza:9 carga en kg9 longitudes en mm
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Indice de Dureza Brinell BHN y Resistencia a la Traccin Rm para Distintas Aleaciones
862335Ti-5Al-2.5Sn
461167Fundicin Dctil 60-40-18
15040Aluminio 3003-H14
310-38080-90Aleacin Dental de Oro
800250Acero Inoxidable 410
750235Acero al Carbono 1040
RmBHNAleacin
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Datos de la tabla
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Propiedades Mecnicas: Ensayo de Dureza
La correlacin lineal es ms precisa para cada familia de aleaciones
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Los tratamientos trmicos modifican el valor de dureza de un material.
TemplabilidadCapacidad de un acero a
ser endurecido por temple
Endurecimiento por Precipitacin
La precipitacin es producida por:9Secuencia de enfriamiento.
9Calentamiento y posterior temple
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Propiedades Mecnicas: FALLAS por FATIGA
Implantes recuperados de cadera de acero inoxidable
(gentileza Dr. Claudio Alonso)
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Propiedades Mecnicas: FALLAS por FATIGA
Muchas aplicaciones estructurales de los materiales tienen asociada una carga cclica
en vez de esttica. Fatiga: fallo del material tras varios
ciclos de aplicacin de una tensin inferior a la resistencia a la traccin.
T
e
n
s
i
n
Resistencia a la traccin
Tiempo
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Propiedades Mecnicas. FALLAS por FATIGA
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Propiedades Mecnicas: FALLAS por FATIGA
Curva de fatiga caracterstica
10 102103 104105
T
e
n
s
i
n
a
p
l
i
c
a
d
a
M
P
a
Resistencia a la traccin
N: nmero de ciclos hasta el fallo
800
Resistencia a la fatiga o lmite de vida a fatiga: es una caracterstica de aleaciones frreas
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Propiedades Mecnicas: FALLAS por FATIGA
Observe que la resistencia a la fatiga est comprendidaentre y de la resistencia a la traccin
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Propiedades Mecnicas: FALLAS por FATIGA
Curva de fatiga de una aleacin no ferrosa.
Resistencia a la fatiga es el valor de la tensin tras un nmero de 108 ciclos.
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Resistencia a la fatiga se incrementa por deformacinmecnica previa o por reduccin de defectos estructurales
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CRECIMIENTO de GRIETAS
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Propiedades Mecnicas: FALLAS por FATIGA
Como la aplicacin cclica de una tensin conduce a la deformacin plstica localizada
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Propiedades Mecnicas: FALLAS por FATIGA
despus
Bandas de deslizamiento
Antes de la aplicacin de la tensin
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FATIGA
Persistencia de bandas de deslizamiento
Nucleacin de grietas
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ZONAS de CONCENTRACIN DE TENSIONES
Grietas de fatiga
Picadura de corrosino inclusin
Cambios bruscos de seccin
Races de roscas
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SUPERFICIES de FRACTURA por FATIGA
Fractura en los conos de Moore de implantes de Co-Cr
Seccin longitudinal a travs de la superficie de fractura con precipitadosintergranulares. X63 (Metals Handbook, vol. 11, Failure Analysis and Prevention, 1986)
Fractografa mostrando la separacinintergranular (Metals Handbook, vol. 11, Failure Analysis and Prevention, 1986)
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SUPERFICIES de FATIGA
Fractura en los piezas roscadas de implantes de Co-Cr
Seccin longitudinal del cono fracturadoen la condicin de trabajado en fro con precipitacin intergranular (Metals Handbook, vol. 11, Failure Analysis and Prevention, 1986)
Seccin longitudinal a travs de la tornilloy tuerca. La tuerca exhibe la estructura de solidificacin del Co-Cr-Mo (Metals Handbook, vol. 11, Failure Analysis and Prevention, 1986)
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ESTRIACIONES por FATIGA
Fractografa mostrando estriaciones de fatiga en un cono de Moore (Metals Handbook, vol. 11, Failure Analysis and Prevention, 1986)
Estriaciones
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MEJORA de DISEOS
Reducir de la probabilidad de fatiga
Evitar la concentracinde tensiones
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Cuestionario
1. 1- Se realiza una medida de dureza Brinell en un hierro dctil (100-70-03, templado al aire)empleando para ello una esfera de 10 mm de dimetro de carburo de wolframio. Una carga de 3000 kg genera una huella de 3.91 mm de dimetro en la superficie del hierro. Calclese el ndice de dureza Brinell de esta aleacin.
2. 2-Es lineal la relacin entre la dureza Brinell y la resistencia a la traccin?
3- Sabiendo nicamente que la aleacin de una pieza estructural tiene uba resistencia a la traccin de 800 MPa, estime el valor mximo admisible para la tensin de servicio si sabe que la carga aplicada serde naturaleza cclica y el factor de seguridad requerido es de 2.
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Cuestionario
4- Emplese la figura para predecir la resistencia a la traccin del material descripto en el tem 1.
5- Cules son las caracterticas de la tensin aplicada a un material que conduce a la falla por fatiga?
6- La resistencia a la fatiga,es mayor, menor o igual que la resistencia al traccin?
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