INTRODUCCIÓN AL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE MATERIALES

Propiedades

Propiedades Mecánicas Deformación e (%) Tensión  (MPa) Resistencia y Plasticidad deformación  (tensión) Material Diagrama tensión vs. deformación Tenacidad (una forma de entenderla)

Propiedades Mecánicas Resistencia y Plasticidad Diagrama tensión vs. deformación Tensión  (MPa) Deformación Elástica Deformación Plástica

Ensayo de Tracción Uniaxial Objetivo: Determinar propiedades mecánicas estáticas de materiales solicitados en tracción.

Ensayo de tracción

Máquina Universal de Ensayos

Límite de Fluencia

Valores a Reportar Límite de Fluencia sy (MPa) Resistencia a la tracción sET (MPa) Módulo de elasticidad E (GPa) Deformación ingenieril a rotura er (%) Reducción de área a rotura Ar (%)

Efecto de la Temperatura

Tipos de Fractura Fractura dúctil: copa y cono Fractura frágil

Fractura Copa y Cono

Fractura Dúctil

Comportamiento Mecánico- Cerámicos

Módulo de Rotura - Cerámicos

Comportamiento Mecánico- Polímeros

Dureza

Dureza Ensayo No destructivo Se evalúa la resistencia de un material a ser indentado por otro. Se aplica una carga a un penetrador sobre el material que se quiere caracterizar y se mide el tamaño de la huella. Máquina se llama durómetro Los indentadores pueden ser Esferas Pirámides Conos Se puede estimar la resistencia a la tracción.

Algunas de las escalas más empleadas son: HBN (Hardness Brinell Number) HRA, HRB, HRC, .. (Hardness Rockwell series A, B, C, ...) HVN (Hardness Vickers Number) HK (Hardness Knoop)

Ensayo BRINELL Indentador: Esfera de 10mm de acero con carburo de tungsteno.Carga: 3000kg HBN = Donde: P: carga D: diámetro de las esfera d: diámetro de la impronta

Ensayo ROCKWELL A, C, D (HRA, HRC, HRD) Indentador: Cono de diamante. Cargas: PA = 60 Kg PC = 150 Kg PB = 100 Kg Formula: HRA, HRC, HRD = 100 - 500t

Ensayo VICKERS Indentador: Pirámide de diamante HVN = 1,854

Durómetros

INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE LA FRACTURA Objetivo: Estudiar el comportamiento de los materiales cuando se encuentra sometido a un estado de tensiones en presencia de defectos

Un caso clásico de fractura rápida (frágil) Un caso clásico de fractura rápida (frágil). Tanker T-2 USS Schenectady, con la nave en puerto, amarrada y descargada.

Triaxialidad- Concentración de tensiones

Concentración de Tensiones Las discontinuidades (defectos) planares se caracterizan por ser eficaces concentradores de tensión. La concentración de líneas de fuerza en los extremos del defecto de la figura ilustra este concepto

Factor de concentración de tensiones Kt=smax/s n = 1 + 2 (a/r)1/2

El enlace AB puede estirarse más que el CD sólo si existe un estiramiento (y por lo tanto una tensión de tracción), según los enlaces AC y BD. La existencia de la fisura crea no sólo una elevada tensión en la dirección y, sino también una tensión de tracción en la dirección de x. Un razonamiento análogo nos conduce a la existencia de una tensión de tracción en la dirección del espesor. Existe entonces un estado de triaxialidad de tensiones en el vértice de una fisura o entalla severa.

Ensayo de Impacto -Alta velocidad de deformación Estado triaxial de tensiones Efecto de la temperatura

CURVAS TIPICAS DE TRANSICION DUCTIL-FRAGIL INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DE APLICACIÓN DE LA CARGA

ENERGIAS ABSORBIDAS PARA DISTINTOS MATERIALES EN FUNCION DE LA TEMPERATURA

EXPANSION LATERAL EN PROBETAS CHARPY

PORCENTAJE DE CRISTALINIDAD EN PROBETAS CHARPY

La fractura dúctil se produce por rotura plástica de los ligamentos entre partículas

La fractura frágil se produce por separación de planos atómicos bajo tensiones normales

Criterio de Griffith (1921) Condiciones Placa Infinita Espesor unitario Fisura elíptica Material elástico Lineal Longitud fisura 2a Control de desplazamiento

Mecánica de Fractura Lineal Elástica

ENSAYO DE PROBETAS DE FLEXION EN TRES PUNTOS (SENB) Y DE PROBETA COMPACTA (CT) INSTRUMENTADAS CON CLIP GAUGES

Fractotenacidad

Introducción a la Fatiga Objetivo: Estudio de la nucleación y crecimiento estable de fisuras con cargas cíclicas

Superficie de fractura

Curvas de Wholer Fatiga de Alto Ciclo (HCF), controlada por tensión Ec. Basquin: Nf an = A

Nucleación y crecimiento de fisuras por fatiga Ley de Paris: da/dN=C DKm Crecimiento de una fisura por fatiga (estado II)

Fractografía SEM Estrías en Ti

Introducción al Creep Objetivo: estudio de los mecanismos de deformación actuantes a alta temperatura, a carga constante

Resistencia vs. Temperatura

Ensayos de creep Carga constante a una barra en tracción o compresión a la temperatura de interés. (Norma ASTM E-139) La tensión verdadera no se mantiene constante

Creep Deformación plástica de los materiales en función del tiempo, temperatura y velocidad de deformación a tensión constante

Velocidad de deformación vs. Deformación

Tiempo a ruptura El parámetro usualmente empleado para caracterizar la resistencia al creep de materiales metálicos en ensayos de corta duración (1000 hs o menos) es el tiempo a ruptura tr, para una dada tensión ingenieril y temperatura.

En un ensayo de tensión verdadera constante la etapa III difiere notablemente respecto de un ensayo a carga constante (2000-10000 hs o más). En estos ensayos el parámetro más importante es la velocidad de deformación estacionaria mínima

Mecanismos de Deformación

Creep vs Oxidación

Superplasticidad

Deformación a rotura (Hasta 8000%) Efecto de la velocidad de deformación y tamaño de grano

Oxidación

Corrosión Reacciones anódicas Reacciones catódicas Curva de polarización anódica

Desgaste Desgaste es la pérdida de material de las superficies deslizantes. La resistencia al desgaste es medida por intermedio de la constante Archard de desgaste KA W = KA A P P Volumen S, distancia (m) v Area, A P1 P2