PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES

Son las características inherentes que permiten diferenciar un material de otros, desde el punto de vista del comportamiento mecánico de los materiales en ingeniería, y también describen la forma como un material se comporta frente a una fuerza externa aplicada, con el fin de conocer sus respectivas propiedades.

Las Propiedades De Un Material Dependen De: La estructura que presente el material. Del proceso o procesos que haya sufrido. De la composicion quimica.

PROPIEDADES Maleabilidad: Consiste en la posibilidad de transformar algunos metales en láminas delgadas sin que se rompa. Ejm: el aluminio como conservante de alimentos. Ductilidad: Propiedad que poseen ciertos metales para poder estirarse en hilos delgados o varillas.Ejm: oro, plomo.

Tenacidad: Propiedad que tienen algunos materiales de soportar sin deformarse, ni romperse los esfuerzos básicos que se les apliquen. Implica que el material tiene capacidad de absorber energía. Ejm: Azufre. Dureza: Resistencia que un material opone a la penetración o a ser rayado por otro cuerpo. Ejemplo, el diamante.

Plasticidad: Aptitud de algunos materiales sólidos de adquirir deformaciones permanentes, bajo la acción de una presión o fuerza exterior sin que se produzca una rotura. Elasticidad: capacidad de algunos materiales para recobrar su forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que había determinado su deformación.

Fragilidad: Capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación. La rotura frágil tiene la peculiaridad de absorber relativamente poca energía. Rigidez: capacidad de un objeto sólido o elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones o desplazamientos

RESISTENCIA MECÁNICA Capacidad para soportar esfuerzos aplicados sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algún modo cierto material. La resistencia tensil: es importante para un material que va a ser extendido o va a estar bajo tensión. Las fibras necesitan tener buena resistencia tensil.

DEFORMACIÓN Es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo. Elástica o reversible: Si la deformación se recupera al retirar la carga. Plástica o irreversible: Si la deformacion persiste despues de retirar la carga.

Medidas De la Deformación La magnitud más simple para medir la deformación es lo que en ingeniería se llama ξ = deformación ingenieril, axial o deformación unitaria y se define como el cambio de longitud por unidad de longitud. http://www.steeluniversity.org/content/html/spa/default.asp?catid=150&pageid=2081271532

Si este valor se multiplica por 100 dará Analizando las probetas después de fracturadas, es posible medir varios parámetros: 1.Deformación total d = (Lf – Lo) = ∆L 2.Deformación ingenieril o unitaria ξ = (Lf – Lo) / Lo = ∆L / Lo Si este valor se multiplica por 100 dará el % de deformación o Ductilidad.

ESFUERZO Carga aplicada o Fuerza que intenta deformar un objeto (una probeta en un ensayo de tracción o compresión dividida por el área transversal de la probeta). Esfuerzo= Fuerza/área sección transversal

TIPOS DE ESFUERZO Dependiendo de la dirección y sentido relativos entre las fuerzas actuantes y la posición del cuerpo sobre el cual actúan: Esfuerzo de tracción: Fuerza que intenta separar o estirar una muestra de prueba, tienden a alargar el cuerpo.

Esfuerzo de compresión: Fuerza que intenta aplanar o “apretar” un material, es perpendicular a la sección transversal del cuerpo, pero este esfuerzo tiende a acortar dicho cuerpo. Esfuerzo de torsión: Tipo de esfuerzo de desplazamiento que intenta torcer un material de forma encontrada.

Esfuerzo de flexión: Cuando sobre el cuerpo actúan fuerzas que tienden a doblar el cuerpo. Esto produce un alargamiento de unas fibras y un acortamiento de otras. Este tipo de esfuerzos se presentan en puentes, vigas de estructuras, perfiles que se curvan en máquinas.

TIPOS DE ENSAYOS Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectúan ensayos para medir su comportamiento en distintas situaciones.

ENSAYO DE TRACCIÓN Es el ensayo destructivo mas importante pues suministra información sobre la resistencia mecánica de los materiales utilizados en el diseño y también para verificación de especificaciones de calidad

MÁQUINAS DE TRACCIÓN

Probetas usadas ensayo de tracción

Medidas iniciales: Lo = longitud inicial. D o = diámetro inicial.

Máquina de ensayo Mordaza

La probeta se somete a una serie de fuerzas crecientes y de alguna manera se miden sus respectivas deformaciones, o sea que tenemos varias F y sus correspondientes deformaciones o longitudes finales

Determinación de las dimensiones finales de la probeta luego del ensayo. Lf = longitud final. Df = diámetro final.

De ahí puedo obtener ∆L y por tanto las deformaciones ingenieriles ξ = (Lf – Lo) / Lo = ∆L / Lo Y de igual manera los esfuerzos mediante Esfuerzo σ = F/Ao = Fuerza/área sección transversal

Al graficar σ vs. ξ tengo una gráfica de la siguiente forma

CURVA DE ESFUERZO-DEFORMACION Describe la relación entre el esfuerzo y la deformación

1.ESFUERZO DE FLUENCIA O CEDENCIA. LLAMAMOS ESFUERZO DE FLUENCIA O CEDENCIA AL MENOR VALOR DEL ESFUERZO PARA EL CUAL SE PRODUCE UNA DEFORMACIÓN PERMANENTE O DEFORMACIÓN PLÁSTICA. NOTA: EN LA PRÁCTICA EL ESFUERZO DE FLUENCIA, EL LÍMITE PROPORCIONAL Y EL LÍMITE ELÁSTICO SON EQUIVALENTES PARA MUCHOS MATERIALES.

2. EL ESFUERZO MÁXIMO ÚLTIMO o RESISTENCIA A LA TRACCIÓN. EL VALOR DEL ESFUERZO MÁXIMO O ÚLTIMO ES EL MAYOR VALOR DEL ESFUERZO EN LA CURVA σ vs. ξ O TAMBIÉN EL VALOR DEL ESFUERZO PARA EL PUNTO DE MÁXIMA CARGA EN EL ENSAYO; ESTOS VALORES Y LOS ANTERIORES SE ENCUENTRAN TABULADOS PARA LA MAYORÍA DE LOS MATERIALES. A A PARTIR DE ESTE σ max. SE PRODUCE DEFORMACIÓN CON MENOR σ.

3. EL ESFUERZO DE FRACTURA O ROTURA. EL ESFUERZO DE FRACTURA ES EL VALOR DEL ESFUERZO AL CUAL SE PRODUCE LA FRACTURA DEL MATERIAL. GENERALMENTE ES MENOR QUE EL σ MÁXIMO O CUANDO NO IGUAL. LOS VALORES DE RESISTENCIA A LA TRACCIÓN, LÍMITE ELÁSTICO Y ESFUREZO DE ROTURA SON MEDIDAS DE RESISTENCIA MECÁNICA.

MODULO DE RESILIENCIA Cuando se hace un ensayo el material absorbe energía. Se denomina módulo de resilencia o resiliencia elástica de un material, a la energía absorbida por este durante la deformación elástica, y que desprende luego de retirar la carga en el material. Este valor es la energía por unidad de volumen requerida para llevar el material desde un esfuerzo cero hasta el valor de esfuerzo de fluencia o limite elástico.

Se calcula midiendo el área bajo la curva de la región elástica. El área es triangular( ver gráfica) Módulo de resilencia = σ(ced) . ξ (ced) / 2

LA tenacidad en Tensión es la energía total que el material absorbe inmediatamente antes de fracturarse. Se determina por el área total bajo la curva σ vs. ξ

LEY DE HOOKE Corresponde a la línea recta de la grafica. Nos indica que en la zona elástica el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación unitaria y la constante de proporcional es E.

La zona elástica: es aquella donde una vez eliminada la fuerza o carga el material regresa a sus dimensiones iniciales. Limite elástico: Si se estira o se comprime más allá de cierta cantidad, ya no regresa a su estado original, y permanece deformado.

MÓDULO DE YOUNG= E El módulo de elasticidad o módulo de Young es una medida de la rigidez del material y corresponde a la pendiente E de la recta inicial de la curva esfuerzo-deformación, donde se hace posible aplicar la ley de Hooke. Mientras mayor es el valor de E, mas rígido es el material y menor será la deformación elástica total.

Valores del módulo de Young o de elasticidad en kg/cm2 MATERIAL ACERO TEMPLADO 2.200.000 A 2.500.00 ACERO SIN TEMPLAR 2.000.000 A 2.200.000 HIERRO HOMOGÉNEO 1.800.000 A 2.000.000 BRONCE 2.000.000 COBRE 1.150.000 FUNDICIÓN GRIS 900.000 A 1.050.000 FUNDICIÓN GRAFITO ESFEROIDAL 1.700.000 MADERAS DURAS 80.000 A 140.000 MADERAS SEMIDURAS 60.000 A 80.000 MADERAS BLANDAS 40.000 A 60.000 HORMIGÓN 100.000

PROBETAS Se emplean en general de formas cilíndricas, en las cuales la relación altura/diámetro se toma como una constante. El valor de esta relación tiene influencia en los resultados. http://www.steeluniversity.org/content/html/spa/default.asp?catid=149&pageid=2081271512

Probeta durante el ensayo de tracción

FRACTURA COPA Y CONO(dúctil)

MATERIALES FRÁGILES

ENSAYO DE COMPRESIÓN Consiste en someter una probeta normalizada del material que se va a ensayar a esfuerzos progresivos y crecientes de compresión en la dirección de su eje , hasta que se rompa o hasta que ocurra el aplastamiento.

ENSAYO DE FLEXIÓN Consiste en someter la probeta del material, apoyada libremente en sus extremos, a una fuerza aplicada en el centro, o dos iguales aplicadas a la misma distancia de los apoyos.

Máquina de ensayo de flexión Antes del esfuerzo Durante el esfuerzo

ENSAYO DE TORSIÓN El ensayo de torsión es un ensayo en que se deforma una muestra aplicándole un par torsor (sistema de fuerzas paralelas de igual magnitud y sentido contrario).

Ensayo de torsión

ENSAYO DE FATIGA Método para determinar el comportamiento de los materiales bajo cargas fluctuantes. Se aplican a una probeta una carga media específica (que puede ser cero) y una carga alternante y se registra el número de ciclos requeridos para producir la falla del material (vida a la fatiga). Por lo general, el ensayo se repite con probetas idénticas y varias cargas fluctuantes.

FLUENCIA LENTA (CREEP) El estudio de la relajación (creep) de materiales analiza las variaciones en el tiempo del estado de tensión-deformación por la permanencia de cargas aplicadas. En algunos casos, el efecto de la relajación adquiere importancia por las modificaciones que ocasiona en la configuración de elementos resistentes.

FIN