INGENIERIA DE MATERIALES Ing. Alejandra Garza Vázquez.

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1 INGENIERIA DE MATERIALES Ing. Alejandra Garza Vázquez

2 Un avión utiliza materiales que deben ser ligeros, duros, tenaces y resistentes a impactos.

3 PROPIEDADES MECANICAS

4 1.- Ensayo de Tracción Mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. [MPa] ó [psi]

5 Unidades y Factores de Conversión

6 Máquina Universal de Pruebas Mecánicas (I)

7 Máquina Universal de Pruebas Mecánicas (II)

8 Curva Esfuerzo-Deformación de un Al “Adelgazamiento” de una muestra.- Deformación localizada durante el ensayo de tracción de un material dúctil, produciendo una región de encuellamiento.

9 Tipos de Esfuerzos Esfuerzo.- Fuerza o carga por unidad de área transversal sobre la que está actuando la fuerza o la carga. Sus unidades están en [Pa] ó [psi]. Tensión, flexión, compresión y corte.

10 Probeta Típica para la Prueba de Tensión

11 Probetas Prueba de Tensión

12 Curvas Esfuerzo-Deformación para diferentes Materiales (I)

13 Curvas Esfuerzo-Deformación para diferentes Materiales (II)

14 Comportamiento Esfuerzo-Deformación Curva de tracción típica de un metal: a) Deformación Elástica.- Temporal y se recupera cuando la carga es eliminada; es reversible. Es la porción lineal inicial. b) Deformación Plástica.- Permanente y no se recupera cuando se elimina la carga; es irreversible. c) Límite Proporcional P. d) Esfuerzo de Cedencia al 0.2%.- Determinado como la tensión para una deformación plástica del 0.002

15 Deformación Elástica Lineal Si la deformación es elástica, la relación esfuerzo-deformación es llamada Ley de Hooke σ = E ε σ = Esfuerzo Sus unidades son [N/m 2 ] ó [Pa] E = Módulo de Young o de Rigidez o de Elasticidad Sus unidades son [N/m 2 ] ó [Pa] ε = Deformación Es adimensional [m/m] Rigidez.- Medida cualitativa de la deformación elástica producida en un material. Un material rígido tiene un valor de módulo de elasticidad alto.

16 El Al se deforma 3 veces más que el Fe Al  E = 70 [GPa] Fe  E = 210 [GPa]

17 Módulo de Young para Diversos Materiales

18 Deformación Plástica – Curva Típica El esfuerzo y la deformación NO son proporcionales. La deformación NO es reversible. La deformación ocurre mediante el rompimiento y reacomodo de los enlaces atómicos. En los materiales cristalinos la deformación es, principalmente, mediante el movimiento de las dislocaciones.

19 Curva σ-ε para Aleación de Al

20 Esfuerzo de Cedencia (σ y ) (I) (a) Determinación del esfuerzo de cedencia al 0.2% de una fundición gris. (b) Comportamiento de puntos de cedencia superior e inferior en un acero de bajo carbono.

21 Esfuerzo de Cedencia (σ y ) (II)

22 Resistencia a la Tracción Para aplicaciones estructurales: El σ y es, por lo general, una propiedad más importante que la resistencia a la tracción, puesto que una vez que se ha excedido el σ y, la estructura se ha deformado más allá de los límites aceptables.

23 1.- Propiedad de Tracción: Ductilidad Ductilidad.- Capacidad del material a deformarse de manera permanente sin romperse, cuando se le aplica una fuerza. Es una medida de la deformación hasta la fractura. Se puede definir mediante el Porcentaje de Elongación (%ε) o por el Porcentaje de la Reducción de Area (%RA).

24 Propiedades Mecánicas Típicas de Metales

25 2.- Propiedad de Tracción: Tenacidad Tenacidad.- Habilidad de absorber energía hasta el punto de fractura. Es el área bajo la curva σ-ε hasta el punto de fractura. Unidades = energía por unidad de volumen = [J/m 3 ]

26 Esfuerzo-Deformación Real Esfuerzo Real.- Carga dividida entre el área real en la región de adelgazamiento. Continúa subiendo hasta el punto de fractura, en contraste con el esfuerzo ingenieril.

27 Comparación entre la Resistencia a la Tracción, a la Compresión y a la Flexión de algunos Cerámicos y Materiales Compuestos

28 Imágenes del Ensayo de Tracción en Probetas de Sección Transversal Circular

29 Secuencia de Eventos desde el Adelgazamiento hasta la Fractura a) Primeras etapas del adelgazamiento. b) Se empiezan a formar pequeños huecos dentro de la región de adelgazamiento. c) Los huecos se empiezan a unir, produciendo una grieta interna. d) El resto de la sección transversal empieza a fallar en la periferia debido a un esfuerzo cortante. e) Superficies de la fractura final, conocidas como copa (superficie superior) y cono (superficie inferior).

30 Probetas Metálicas y de Plástico Fracturadas

31 Fotografías de las Fracturas Dúctiles (a) Aspecto macroscópico de una falla dúctil por tensión. (b) Aspecto microscópico de una fractura dúctil en acero al bajo carbono ensayado a alta temperatura. (c) Aspecto de una fractura intergranular.

32 Fotografías de las Fracturas Frágiles (a) Aspecto macroscópico de una falla frágil por tensión. (b) Aspecto microscópico de una fractura frágil en acero al bajo carbono ensayado a baja temperatura. (c) Aspecto de una fractura transgranular.

33 Propiedades Elásticas y Temperaturas de Fusión (Tm) de Materiales Seleccionados Razón de Poisson.- Caracteriza la contracción perpendicular a la extensión causada por un esfuerzo de tensión. Un material sometido a tensión se encoge lateralmente. Es adimensional.

34 Imágenes del Ensayo de Tracción en Probetas de Sección Transversal Rectangular

35 Secuencia de Eventos desde el Adelgazamiento hasta la Fractura

36 Probetas Metálicas Fracturadas

37 Microfotografías obtenidas por medio del SEM de un Acero 1018 Recocido (Fractura Dúctil) (a) Hoyuelos equiaxiales en el centro plano de la copa y del cono. (b) Hoyuelos elongados en el borde de corte. (ambas a 1250x)

38 Microfotografía obtenida por medio del SEM de un Acero 1010 Templado (Fractura Frágil) (a 5000x).

39 Factor de Seguridad