Cien CIA Delos Material Es i i

8/12/2019 Cien CIA Delos Material Es i i

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL.

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA

MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

CIENCIA DE LOS MATERIALES.

II


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NDICE GENERAL.

Tema: PginaUNIDAD I - NORMATIVIDAD.1.1.ANTECEDENTES1.2.DEFINICIN DE PROPIEDADES MECNICAS1.3.FINALIDAD1.4.CLASIFICACIN GENERAL DE LOS ENSAYOS1.5.NORMAS Y ESPECIFICACIONES

UNIDAD II - COMPORTAMIENTO MECANICO DE LOS METALES.2.1.CONCEPTO DE ESFUERZO Y DEFORMACIN2.2.DEFORMACIN ELSTICA (LEY DE HOOKE)2.3.DEFORMACIN PLSTICA DE MONOCRISTALES YPOLICRISTALES2.4.EFECTO DE VELOCIDAD DE DEFORMACIN Y2.5.TIEMPO

2.6.PROBLEMAS

UNIDAD III - EVALUACIN DE LAS PROPIEDADES MECNICAS DELOS METALES Y SU CONTROL.3.1.DUREZA3.1.1.Principios y Objetivos3.1.2. Equipos y materiales de prueba3.1.3. Procedimientos y rntodos de prueba

3.1.4. Conversiones de dureza3.1.5. Aplicaciones.3.2.TENSIN3.2.1. Introduccin.3.2.2. Interpretacin del diagrama esfuerzo deformacin.3 2.3. Procedimientos y mtodos de prueba3.2.4. Determinacin de propiedades

3 2.5. Aplicaciones y problemas3.3.Compresin3.3.1. Introduccin3.3.2. Compresin de materiales dctiles3.3.3. Compresin de materiales frgiles3.3.4. Discusin de resultados


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Tema: Pgina3.4.FLEXION3.4.1.Principios y objetivos3.4.2.Determinacin de propiedades3.4 3.Extensometra elctrica3.4.4. Aplicaciones y problemas3.5.IMPACTO3.5.1.Principios y objetivos3 5.2.Clasificacin de pruebas de impacto3 5.3. Formas de fractura3.5.4. Equipos y materiales de pruebo3.5.5. Curva de energa de fractura vs. temperatura3.6.TORSIN3.6.TORSIN3.6.1. Principios y objetivos

3.6.2. Curva de torsin3.6.3. Interpretacin y uso de resultados3.6.4. Relacin entre el mdulo de elasticidad y mdulo de rigidez3.7.TERMOFLUENCIA3.7.1. Principios y objetivos3.7.2. Procedimientos y mtodo de prueba3.7.3. Curva de termo fluencia (deformacin - tiempo y esfuerzo -temperatura)

3.7.4. Interpretacin y uso de resultados3.8.TENACIDAD3.8.1. Principios y objetivos3.8.2. Concentracin de esfuerzos3.8.3. Criterio de la energa de Griftith3.8.4. Tenacidad de fractura3.8.5. Interpretacin de resultados

3.9.FATIGA3.9.1. Fundamentos generales3.9.2. Procedimientos y mtodos de prueba3.9.3. Tensiones cclicas3.9.4. Iniciacin de propagacin de la grieta3.9.5. Factores que afectan a la vida a fatiga


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TEMA: Pgina

UNIDAD IV - FRACTURA: MECANICA DE LA FRACTURA YFRACTOGRAFIA.4.1.CONCEPTOS GENERALES4.2.MECANISMOS DE FRACTURA EN LA FALLA DE METALES4.2.1 Fundamentos de fractura4.2.2. Fractura dctil4 2.3. Fractura frgil4.2.4. Fractura por fatiga4.2.5 Termofluencia y ruptura por esfuerzo4.2.6. Fracturas por esfuerzo y corrosin4.2.7. Ensayos de fractura por impacto4.2.8. Aplicaciones ;4.3.ORIGEN Y PREVENCIN DE LAS FALLAS POR FRACTURA ENLOS METALES4 3.1. Diseo

4.3 2. Seleccin de los materiales4.3.3. Procesamiento de los materiales4.3 4. Condiciones de servicio4.4.DETECCIN DE MATERIALES POTENCIALMENTEDEFECTUOSOS

UNIDAD V - ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS.5.1.CONCEPTOS GENERALES

5.2.RAYOS X5.3 PARTICULAS MAGNETICAS5.4.PARTICULAS FLOURECENTES5.5.ULTRASONIDO5.6.CORRIENTES PARASITAS

UNIDAD VI - ANALISIS Y PREVENCIN DE FALLAS OBJETIVOS

PARTICULARES DE LA UNIDAD.6.1.OBSERVACIONES INICIALES6.1.1. Definiciones6.1.2. Tipos de fracturas6.1.3. Seleccin, prevencin y limpieza de muestra6.2.DATOS INFORMATIVOS DE LAS CAUSAS DE LA FALLA


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TEMA: Pgina6.4. SINTESIS DEL ESTUDIO DE LA FALLA6.4.1. Anlisis experimentales de esfuerzos6.4.2. Anlisis de datos y resultados6.4 3 Prevencin de fallas (modelos, simulaciones, etc.)6.4.4. Condiciones de garantaBIBLIOGRAFIAINDICE GENERALNORMA DGN 2001


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BIBLIOGRAFIA:

INTRODUCCIN A LA METALURGIA FSICA. Sydney AvnerEditorial Mc. Graw Hill. 1992.

MATERIALES PARA INGENIERIA. Van Vlack, Laurence H.Editorial CECSA 1981.

CIENCIA E INGENIERIA DE L.OS MATERIALES. Donald R. Askeland.Editorial International Thomson , 2000

MATERIALES DE INGENIERIA Y SUS APLICACIONES Flinn. RichardEdtorial Mc Graw Hill. 1989.

CIENCIA DE MATERIALES, SELECCIN Y DISEO Pat L. Mangonon

Editorial Prentice may, 2201

FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALESWilliam F. SmithEd. Mc Graw - HillHANDBOOK OF MATERIALS SELETION FOR ENGINEERING

APPLICATIONS T. MurriaEditorial Marcel Derker, Inc.

AND INTRODUCTION TO MATERIALS SCIENCIE AND ENGENIERINGWalls/Courtney/wulffEditorial Wiley


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Ciencia de los materiales II M. en C. Jos Rubn Aguilar Snchez.

Cdula profesional: 1057705

PROLOGO.

El presente libro de texto, representa la informacin de notas, apuntes y datostcnicos que cubren en general el programa de Ciencias de los Materiales II quese imparte en la Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica (Unidad

Profesional Azcapotzalco) dependiente del Instituto Politcnico Nacional a losalumnos del segundo ao de la carrera de Ingeniera Mecnica.

Debido a lo anterior si existieran dudas respecto a lo conjugado se anexa labibliografa de la respectiva informacin.

As mismo contiene parte de la experiencia profesional del autor, estos sonproblemas reales que se presentan en el medio profesional donde sedesenvolvern los futuros Ingenieros.


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Cdula profesional: 1057705FUNDAMENTACIN DE LA ASIGNATURA.

El ingeniero mecnico en su carcter de transformador de la energa, requiereposeer conocimientos tcnicos de los materiales que habr de laborar en su vidaprofesional, de ah que el plan de estudios de la carrera de ingeniero mecnico secontemple la asignatura de ciencia de los materiales II en el 4 semestre en la quese ofrece al futuro profesional, de acuerdo con el perfil que el mismo tiene, lasherramientas que le permitan la resolucin de problemas que involucren laseleccin de materiales, las pruebas mecnicas y pruebas no destructivas, ascomo su clculo y diseo.

Los materiales de ingeniera han evolucionado en forma acelerada a travs de lostiempos de tal manera que en la actualidad son una parte integral de la ciencia y latecnologa moderna, esto implica la necesidad de trabajar con nuevos y mejoresmateriales, as como establecer la metodologa apropiada para su empleo en elcampo de la industria, donde se requiere de egresados de las carreras deingeniera que hayan aprendido a calcular, disear, interpretar y seleccionarnuevos materiales para su empleo. Esto le permitir integrarse de manera exitosa

en la vida, laboral del rea de metal mecnica.

Como antecedente directo se relaciona con las asignaturas de qumica I y II yciencia de los materiales I, as como apoya a todas las asignaturas de la carreracuya base es el conocimiento de los materiales: Tratamientos trmicos, Mecnica,Diseo, Seleccin y Aplicacin de materiales, Resistencia de los materiales,Procesos de manufactura, Proyecto mecnico entre otras.

Las Unidades han sido diseadas como una gua para el docente, lo que no eximeque l mismo pueda enriquecerlas, ya que el Plan de

Estudios de la Carrera de Ingeniera es flexible y admite ms y mejoresmodificaciones.

El curso terico de Ciencia de los materiales II, est contenido en seis unidades:

I. Normatividad.II. Comportamiento mecnico de los materiales.III. Evaluacin de las propiedades mecnicas de los materiales y su control.IV. Fractura: Mecnica de la Fractura y Fractografa.V. Ensayos no destructivos.VI. Anlisis y prevencin de fallas.


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Cdula profesional: 1057705OBJETIVO GENERAL DE LA ASIGNATURA.

AI trmino del curso el alumno emplear los conocimientos obtenidos que lepermitan seleccionar adecuadamente los materiales para su aplicacin tanto en eldiseo de elementos de mquinas, como en los procesos de manufactura, enfuncin de sus propiedades mecnicas. Adems aplicar los conocimientosadquiridos para determinar los defectos de los materiales, empleando las pruebasno destructivas como un anlisis y prevencin de fallas en los materiales utilizadosen Ingeniera.

ESTRATEGIA DIDACTICA PARA TRABAJAR CON LAS UNIDADES.

Exposiciones o intervenciones orales, recursos audiovisuales: acetatos,transparencias, retroproyector de cuerpos opacos, Data-show, dinmicas grupalescomo: bina, escenificacin, panel, trabajo en grupos, Phillips 6,6, acuario, taller,debate, comunidad de cuestionamiento, mesa redonda, entrevista, conferencias,estudios de caso entre otras, dibujos grficas, esquemas, cuadros sinpticos,trabajos extraclase, investigacin bibliogrfica, investigacin de campo y practicas

de laboratorio.


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UNIDAD 1.

NORMATIVIDAD.

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD.

Interpretara la importancia de conocimiento de las normas para pruebas de losmateriales y su aplicacin en la seleccin de materiales y sus usos.

TEMAS:

1.1.Antecedentes_______________________5

1.2.Definicin de propiedades mecnicas____7

1.3.Finalidad__________________________8

1.4.Clasificacin general de los ensayos____9

1.5.Normas y especificaciones___________-15


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Cdula profesional: 1057705UNIDAD I.

NORMATIVIDAD.

1.1 ANTECEDENTES.

Definiciones de normalizacin yalgunas consideraciones sobreeste concepto.

Aun cuando desde hace algn tiempose habla y se escribe con ciertainsistencia sobre el trminonormalizacin, en pocas ocasiones seha tratado sobre su definicin aun apesar de que uno de los propsitosfundamentales de la Normalizacin

es precisamente de definir.

Definicin adoptada por la ISO

La organizacin internacional deNormalizacin ISO, organismoconstituido por la mayor parte de lospases que tienen una institucinencargada del proceso denormalizaron a nivel nacional, tienevarios Comits especiales quedependen directamente de suConsejo Directivo. Uno de estoscomits es el Comit para el estudiode los Principios Cientficos de laNormalizacin (STACO), el cul estaformado por expertos en materia denormalizacin que pertenecen avarios pases e instituciones. Entrelos primeros documentos que prepareste comit, para someterlos a la

b i d l j d l ISO

tiene primer lugar la accin, elproceso y luego su reconocimiento

por una determinada institucin,debido a eso aprob primeramenteen 1961 la definicin denormalizacin, y en 1962 la denorma.

La definicin de normalizacinsegn la STACO es la siguiente:

La normalizacin es el proceso deformular y aplicar reglas con elpropsito de realizar un orden en unaactividad especifica, para el beneficioy con la cooperacin de todos losintereses, y en particular para laobtencin de una economa de

conjunto ptima, teniendo en cuentalas caractersticas funcionales y losrequisitos de seguridad.Se basa en los resultadosconsolidados de la ciencia, la tcnicay la experiencia. Determina nosolamente la base para el presentesino tambin para el desarrollo futuroy debe mantener su paso acorde conel progreso.Algunas aplicaciones particularesson:1. Unidades de medida.2. Terminologa y representacinsimblica.Productos y procesos (definicin yseleccin de las caractersticas deproductos, mtodos de prueba y demedicin, especificacin de lascaractersticas de los productos paradefinir su calidad, regulacin de lad fi i i d l STACO


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Cdula profesional: 1057705Puede tomar la forma de:1. Un documento que contiene un

conjunto de condiciones por sercumplidas.2. Una unidad fundamental o unaconstante fsica, ejemplo: amperio,cero absoluto (Kelvin), etc.3. Un objeto para comparacinfsica, ejemplo: metro.

Algunas consideraciones sobre ladefinicin adoptada por la ISO.

De la anterior concepcin denormalizacin podemos observar queprimeramente se define que esnormalizacin, en que consiste es elpropsito de formular y aplicar

reglas, luego se indica su fin practicocon el propsito de realizar unorden, en un horizonte determinadoen una actividad especifica, semencionan tambin sus condicionescon la cooperacin de todos losinteresados y teniendo en cuenta lascaractersticas funcionales y losrequisitos de seguridad y supropsito fundamental 2para laobtencin de una economa deconjunto optima.

Cabe observarse que su propsitofundamental esta en funcin de lascircunstancias pues partiendo de lapremisa de que las normas inducenun determinado comportamiento ensu campo de aplicacin, estecomportamiento influye a su vez en lautilizacin y productividad de todosl f t d l d i

consideramos a la normalizacincomo una disciplina tcnica, que

debe tener un mnimo de rigor.Por ltimo dice la STACO quedetermina no solamente la base parael presente sino tambin para eldesarrollo futuro, aqu es justodeducir que la STACO con un criteriomuy amplio no fija ningn limite,considerando tal vez que la

Normalizacin tiene varios niveles deaccin, pues mientras resultabastante lgico considerar presente yfuturo en una recomendacininternacional dada la variedad depases y la gran diferencia existenteentre sus niveles de desarrolloindustrial, no lo parece mucho en una

norma a nivel de empresa.Por ultimo considerndola tambinde una manera ms tcnica, laSTACO menciona tambin quenormalizar es: especificar, simplificary unificar, entendiendo que: Especificar es definir calidad. Simplificar es reducir modelossuperfluos y Unificar es definir lascaractersticas dimensionales paraasegurar nter cambiabilidad.

Definicin desde el punto de vistaetimolgico.

Desde el punto de vista etimolgico,la palabra normalizacin proviene denorma, est a su vez del latn normaque definen como regla a la que semodela voluntariamente una accin.


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Cdula profesional: 1057705Definicin de normalizacinadoptadas por algunos

organismos nacionales denormalizacin.

FranciaPara la Asociacin Francesa denormalizacin AFNORLa normalizacin es un conjunto detcnicas que tiene por objeto definir

colectivamente, en consideracin decategoras determinadas denecesidades, gamascorrespondientes de productos omtodos propios a satisfacerlos(aptitudes de empleos) eliminando lascomplicaciones y las variedadessuperfluas por medio de la

simplificacin, con el fin de permitiruna produccin y una utilizacinracional, sobre las bases de tcnicasvlidas en el momento.

InglaterraPara la Institucin Britnica deNormas (BSI).

Normalizacin es el proceso dedefinir y aplicar, las condicionesnecesarias para asegurar que unacategora dada de requisitos puedancorrientemente ser cumplidos, con unmnimo de variedad, de una maneraeconmica y reproducible, y sobre dela mejor tcnica actual.

AlemaniaEl Comit Alemn de Normas (DNA).Defini a la Normalizacin en 1940,desde un punto de vista muy general,

l i i t f

La norma es la misma solucinadoptada para un problema que se

repite.MxicoEn Mxico la vigente Ley General deNormas y de Pesas y Medidas,publicada en el diario Oficial de laFederacin, el da 7 de Abril de 1961,define norma industrial en su artculo

4o. como sigue:Articulo 4.- Norma Industrial es elconjunto de especificaciones en quese define, clasifica y califica unmaterial, producto o procedimientopara que se satisfaga lasnecesidades y usos a que estdestinado.

Por ltimo y a manera de conclusinpodemos considerar que unadefinicin es la objetivizacin de unconcepto, es su determinacin; definirun concepto es determinar suposicin dentro del sistema de todoslos conceptos relacionados. La

definicin es una presentacin verbalo escrita de caractersticas elegidaspara exponer: Lo que el concepto tiene en comn

con sus conceptos relativos y Por cuales atributos se distingue

de ellos.

1.2 DEFINICIN DE LASPROPIEDADES MECNICAS.

PROPIEDADES MECNICAS.


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Cdula profesional: 1057705Modulo de elasticidad: cociente de lafuerza de estiramiento, como en el

espcimen de prueba por la unidadde rea de la seccin transversal conel alargamiento por la unidad delongitud su valor es del orden de 105Pascal o 107Lb/pulg2 para losmetales.

Esfuerzo permisible: esfuerzo de

trabajo; esfuerzo de trabajo. Valor delesfuerzo en el material por de bajodel cual el objeto tiene un margen deseguridad apropiado. El esfuerzopermisible es menor que el esfuerzode dao a causa de factoresdesconocidos en la uniformidad delmaterial, limitaciones en el anlisis de

esfuerzos e incertidumbre respecto aluso del objeto en servicio.

Relacin esfuerzo deformacin:Efecto de aumentar el esfuerzo sobrelos materiales y su correspondienteaumento en la deformacin que tieneuna relacin nica para cada uno.

Con esfuerzos hasta el limite deelasticidad, el material recuperar sulongitud original al eliminarse elesfuerzo, y con este tramo de lacrvale cociente del esfuerzo entre ladeformacin es una constantedenominada mdulo de Young delmaterial del que se dice que obedeceentonces a la ley de Hooke. Por lafluencia de cargas que inducenesfuerzos superiores al punto defluencia, el material deja de serelstico y, despus de pasar por un

t d l ti fi l t

Lmite de fatiga: Lmite superior del

rango de esfuerzo que un metalpuede soportar de manera indefinida.

Tenacidad a la fractura: Medida de latolerancia al dao de un material quepresenta fallas o grietas iniciales.

1.3 FINALIDAD

Principios Generales de laNormalizacin

El proceso de normalizacinindustrial, elaboracin y aplicacin denormas, ha adquirido una crecientepopularidad en el mbito nacional que

data de unos pocos aos. En el casode lo pases altamenteindustrializados, la normalizacin decincuenta aos a la fecha, ha llegadoa ser considerada comoindispensable tanto por la produccincomo para la presentacin dedeterminados servicios.

La normalizacin es consecuencia deuna serie de pasos, de estudios ydiscusiones, sin embargo, tratndosede generalizar, se puede decir quelas dos fases ms importantes de lanormalizacin son: primero laelaboracin de normas y, segundo suaplicacin. Obvio resulta decir que esimposible aplicar normas sin anteshaberlas preparado, pero si esnecesario aclarar, que para laelaboracin de normas es necesariotener en cuenta una serie de

i i i l


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Cdula profesional: 1057705necesidades, a la tcnica y a laidiosincrasia nacional.

La normalizacin debe serconsiderada como una gestinparalela al proceso de produccin y alproceso de desarrollo de losproductos.La experiencia ha permitidoestablecer unos principios generalesque deben tenerse en cuenta para

realizar una verdadera normalizacin.Estos principios, que no significanningn obstculo, han sido expuestosya por muchos expertos ennormalizacin, en distintas pocas ylugares; estos principios son los deHomogeneidad, Equilibrio yCooperacin.

En cuanto a homogeneidad, en untiempo determinado al conjunto denormas debe constituir un todoperfectamente homogneo; en elcaso de equilibrio, la normalizacindebe realizar un estado de equilibrioentre las necesidades del progresotcnico y las posibilidades

econmicas; por ltimo, esindispensable un principio decooperacin, la normalizacin es unaobra eminentemente colectiva, enconsecuencia, es necesario que seaestablecida con el consenso y lacooperacin de todos los interesesafectados.El principio de equilibrio garantiza quelas normas no sean especulacionescerebrales de escritorio, sin fruto dela colaboracin de todos los sectoresafectados. La normalizacin debel t d d ilib i t

la que deben participar todos lossectores interesados, en una

discusin franca y libre que garanticeen consenso nacional.La divisin, menos extensa de lossectores interesados que puedeafectar la aplicacin de una norma, esla que los clasifica en tres grandesgrupos:1. Sector de inters general.

2. Sector productor.3. Sector consumidor.

El sector de inters general incluye atodos aquellos que no estndirectamente afectados por laaplicacin de una norma, es decir,que no pertenecen a los sectores de

produccin ni de consumo; en estegrupo se incluye a los profesores, alos consultores tcnicos, a losinvestigadores, asociaciones deprofesionistas, etc.El sector productor, se refiere a losfabricantes del producto pornormalizar, en el caso de que una

norma sea preparada exclusivamentepor miembros de este sector, stosestaran asumiendo una doble misin,la de hacer el producto y juzgarlo; o loque es ms, hacerlo de acuerdo consu nico y propio criterio; puede versetentado a establecer niveles masbajos de los alcanzables, en perjuiciodel consumidor y sin el estimulo deexigencias que lo obliguen a unaconstante superacin.Al sector consumidor pertenecentanto los consumidores directos comol i t di i


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Cdula profesional: 1057705provocando sin preverlo, unencarecimiento o la inaplicabilidad de

la norma, y no se cumplira tampococon el principio general de equilibrio.

1.4 CLASIFICACIN GENERAL DELOS ENSAYOS

Que es un ensayo:

Los ensayos tienen como finalidaddeterminar las caractersticas de losmateriales.Clasificacin de los ensayos:

1.1 Ensayos de caractersticasQumico:Determinar la composicin de los

materiales. Cristales: Determinar lacristalizacin, se realiza mediante unmicroscopio electrnico.Microscpicos: Determinar el grano.Macroscpicos: Determinar la fibraTrmicos: Puntos de fusin. Puntoscrticos.Constituyentes: (Ej. (Carburo de...)

1.2 Ensayos destructivos: (E.D.)Ensayos de propiedades mecnicas:Estticos:Durezas, Traccin, Compresin,Cizalladura, Flexin, Pandeo,FluenciaDinmicos:Resistencia al choque, Desgaste,Fatiga

1.3 Ensayos tecnolgicos: Determ. elcomportamiento de los mat. anteoperaciones industriales: Doblado,Pl d F j E b ti i

penetrantes, Corrientes Inducidas,Magnticos, Snicos (Es el ms

utilizado, un mat. sin grietas tiene unsonido agudo; si el mat. Tiene grietasel sonido es ms grave.)

Que es un ensayo de dureza:las propiedades mecnicas de losmateriales son:COHESION: Resistencia de los

tomos a separarse unos de otros.ELASTICIDAD: Capacidad de unmaterial de recobrar su formaprimitiva cuando cesa la causa quelos deformara.PLASTICIDAD: Capacidad de unmaterial a deformarse. Se clasificaen:

MALEABILIDAD: Facilidad adeformarse en lminas.DUCTILIDAD: Facilidad a deformarseen hilos.Para determinar la cohesin serealizan ensayos de DUREZA ytamao del grano.Para determinar la elasticidad y la

plasticidad se realizan ensayos deTRACCION y COMPRESION.

2 - Definiciones de Dureza.a) Dureza al rayado: Resistencia queopone un material a dejarse rayar porotro.Dureza Mohs (mineralgica), DurezaLima, Dureza Martens, DurezaTurner.b) Dureza a la penetracin:Resistencia que opone un material adejarse penetrar por otro ms duro.HBS HBW HR HV HK POLDI


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Cdula profesional: 1057705d) Dureza Pendular: Resistencia queopone un material a que oscile un

pndulo sobre l.a) Dureza al Rayado.* Dureza MOHS: Se usa paradeterminar la dureza de losminerales. Se basa en que un cuerpoes rayado por otro ms duro. Esta esla escala de Mohs:

1 - Talco 6 - Feldespato (Ortosa)2 - Yeso 7 - Cuarzo3 - Calcita 8 - Topacio4 - Fluorita 9 - Corindn5 - Apatita 10 - DiamanteLa fundicin gris esta entre 8 y 9; elhierro dulce en el 5; y los acerosentre 6,7 y 8.

* Dureza MARTENS: Se basa en lamedida de la anchura de la raya queproduce en el material una punta dediamante de forma piramidal y dengulo en el vrtice de 90, con unacarga constante y determinada. Seaplica sobre superficies nitruradas.

Se mide a en micras y la durezaMartens viene dada por:

DUREZA MARTENS= peso en gr queproduce en el material una huella de10 micras

* Dureza TURNER: Es una variantede la dureza Martens. La durezaviene dada en funcin de los gramosnecesarios (carga necesaria, P) paraconseguir una deformacin tal que a= 10 micras. El valor de las carga

l l d l d T

Entra, la lima raya al material; Durezamenor de 60 HRC

b) Dureza a la penetracin:* Dureza HERZIANA: Vienedeterminada por la menor carga quehay que aplicar a un material (conbolas de 1,5 a 4 mm. de aceroextraduro) para que deje huella.* Dureza MONOTRON: Es una

variante de la dureza Herziana. Vieneexpresada por la carga que hay queaplicar para producir una penetracinde 0,0018 pulgadas. El penetrador esuna semiesfera de diamante de 0,75mm. Tiene dos dispositivos, uno queda la carga aplicada y un sensor quepara el ensayo cuando la penetracin

es de 0,0018.

* Dureza BRINELL ( HBS y HBW):UNE 7-422-85Este mtodo consiste en comprimiruna bola de acero templado, de undimetro determinado, sobre unmaterial a ensayar, por medio de una

carga y durante un tiempo tambinconocido.HB viene dado por:DUREZA=(fuerza aplicada(kgf))/(superficie esfrica de la huella)El valor de la carga P viene dado por:P = K D2, donde K=cte. de ensayo. Eltiempo de ensayo es t=10 - 15 seg.segn normas UNE. Los valores de Kpara algunos materiales son:Aceros y elementos siderrgicos:K=30 ;Cobres, Bronces, Latones: K=10 ;Al i i l i K 5


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Cdula profesional: 1057705Nomenclatura: XXX HBS (D/P/t) Ej.156 HBS 10/3000/15.

Generalmente se usan bolas de 10mm; cuando t = 15 seg. no hace faltaindicarlo.

Condiciones de ensayo:1 - La superficie de la probeta debeser plana, estar limpia, homognea y

perpendicular a la bola, libre de xidoy lubricantes.2 - El espesor de la probeta (s), debeser al menos ocho veces la flecha dela impronta. ( s = 8f)3 - La distancia entre 2 huellas = (4:6)d; la distancia del centro de la huellaal borde = (2,5:3) d.

4 - Temperatura de ensayo = 23 C 5Uso de HBS:-Clculo de la resistencia a latraccin.r= mH n

* Dureza Meyer ( HBW ): Es igual quela Brinell excepto que S es la

superficie proyectada de la huella:HV=1,8544 P/l [kg/mm]

* Dureza ROCKWELL ( HRx ): UNE7-424/89/1 (Normal) UNE 7-424/89/2(Superficial)

El mtodo Rockwell se basa en laresistencia que oponen los materialesa ser penetrados, se determina ladureza en funcin de la profundidadde la huella. Permite medir durezasen aceros templados.

Los ensayos se pueden realizar con 2tipos de penetradores:

Bolas de 1/8 y 1/16 y Conos de 120ngulo en el vrtice.Las cargas se aplican en dostiempos; primero se aplica la cargaprevia (10 3 Kp); y posteriormentese mete el resto de la carga. A partirde introducir la carga adicional semide la dureza.

La carga previa en HR normal es de10 Kp y en HR superficial es de 3 Kp.

Nomenclatura: XXX HRx t XXX HRSP/tCondiciones de ensayo:

1 - La superficie de la probeta debe

ser plana, estar limpia, homognea yperpendicular a la bola, libre de xidoy lubricantes.

2. El espesor de la probeta debe ser10 veces la penetracin del cono. s =10 f

3-La distancia entre 2 huellas = 3d; ladistancia del centro de la huella alborde = 2,5d

4 - Temperatura de ensayo = 23 C5C

5. Si las piezas son cilndricas y d


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* Dureza VICKERS ( HV ): UNE 7-423/84/1 (HV 5 a HV 100)El mtodo Vickers se derivadirectamente del mtodo Brinell.Se emplea mucho en laboratorio y enparticular para piezas delgadas ytempladas, con espesores mnimoshasta de 0,2 mm.Se utiliza como penetrador una punta

piramidal de base cuadrangular yngulo en el vrtice entre caras de136. Este ngulo se eligi para quela bola Brinell quedase circunscrita alcono en el borde de la huella.La dureza Vickers viene dada por: HV= P/S [Kg/mm]donde S es la superficie de la

impronta y P la carga aplicada.Nomenclatura: XXX HV P/t

Condiciones de ensayo:

1 - La superficie de la probeta debeser pulida, plana; estar limpia,homognea y perpendicular a la bola,

libre de xido y lubricantes.

2 - s = 1,5 d (s= espesor de laprobeta).

3 - Distancia entre centros de 2huellas = (3:6) d; Distancia del centrode la huella al borde = (2,5:3) d.

4 - Temperatura de ensayo = 23 C5C

5 - En probetas cilndricas, P debet f 0 01

1. Las huellas Vickers soncomparables entre s; independientesde las cargas.

2. Pueden medirse una amplia gamade materiales, desde muy blandoshasta muy duros, llegndose hasta1.150 HV.

3. Se pueden medir piezas muy

delgadas con cargas peque-as, hastaespesores de orden de 0,05 mm.

4. Puede medirse dureza superficial.(para determinar recubrimientos delos materiales)

5. La escala Vickers es ms detallada

que la Rockwell; 32 unidades Vickers= 1 unidad Rockwell

6. Como es preciso examinar lahuella puede comprobarse el estadodel penetrador.

* Dureza KNOOP ( HK ):

Se usa para durezas normales (P=1-5 Kp), superficiales (P=1/2-1 Kp) ymicrodurezas (P=10 gr-500 gr).El penetrador esta hecho con unapirmide rmbica con relacin entrediagonales de 1:7. Sus ngulos entrearistas son a = 130 y b = 17030.

El mtodo Knoop se emplea slo enlaboratorio, para medir la dureza delminas muy delgadas, incluso dedepsitos electrolticos.Nomenclatura: XXX HK P/tC di i d E


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Cdula profesional: 1057705Se basa en ejercer una carga P sobreel durmetro que nos producir 2huellas en dos probetas, una dedureza conocida y otra de durezadesconocida.La dureza esta en razn inversa deltipo del material (duro, blando).Nomenclatura: XXX HBS D POLDIc) Dureza elstica:

* Dureza SHORE ( HS ):Se basa en la reaccin elstica delmaterial cuando dejamos caer sobrel un material ms duro.Si el material es blando absorbe laenerga del choque, si el material esduro produce un rebote cuya altura semide.

La prctica se realiza en unESCLEROMETRO o escleroscopio,aparato formado por un tubo decristal de 300 mm. de altura, por cuyointerior cae un martillo con punta dediamante redondeada de 2,36 gr. Laaltura de la cada es de 254 mm. y la

escala esta dividida en 140 divisionesNomenclatura: XXX HS

Condiciones de ensayo:

1. Superficie plana, limpia, pulida yperpendicular al esclermetro.

2. Hacer 3 ensayos y cada vez ensitios diferentes (endurecimiento de lasuperficie por el choque).

Ventajas del mtodo Shore:

3. Es el nico ensayo NO destructivopara medir durezas.* Mtodo Dinmico para ensayo de ladureza al rebote ( L ):Este mtodo se basa en las medidasde las velocidades de impulsin yrebote de un cuerpo mvil impulsadopor un resorte contra la superficie delmaterial metlico a ensayar.Existen curvas de relacin de L con

HB y HRC.

El tiempo de ensayo es de 2 seg. y eldurmetro puede estar en cualquierposicin (horizontal, vertical,inclinado...), vasta con luego restar alresultado 10 si estaba horizontal, ydiferentes valores(18...26) si estaba

invertido.Uso industrial:Piezas de gran tamao, Mapas dedureza de una misma pieza.Ventajas:Operario No cualificado, Resultadosindependientes del operario Dureza por rebote DUROSCOPIO:d) Dureza pendular:Se basa en la resistencia que oponeun material a que oscile un pndulosobre l. Sirve para materiales conreaccin elstica muy alta.Consiste en 2 pndulos, uno seapoya sobre un eje de cuarzo y elotro sobre el material a ensayar. Sedejan caer y empiezan a oscilar,como son diferentes materiales tienendiferentes durezas, luego hay unadescompensacin de oscilaciones,


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Cdula profesional: 1057705* Mtodo UCI:Es un aparato porttil, con unpenetrador piramidal de 136 entrecaras de diamante. Se coloca elpenetrador que vibra con unafrecuencia y una carga de 5 Kp.Segn la huella que produce segenera una frecuencia de resonancia,que es traducida por el aparato aldato numrico de la dureza que se

halla seleccionado, puesto que nospuede dar cualquiera (HBS, HRx,HV,...). Existe una relacin directaentre la frecuencia de resonancia y ladureza del material.* Relacin de HBS con HRb y HRc.Frmulas empricas de tolerancia10%:

Con esto quedan explicados losensayos de dureza para cualquiertipo de material, al no haber podidoencontrar nada acerca de losensayos de dureza en los materialesplsticos.

Deformacin plstica por mezclado

FOMENTO INDUSTRIAL

NORMA MEXICANA

NMX-B-242-1990PLANCHAS DE ACERO ALCARBONO CON RESISTENCIA ALA TENSION INTERMEDIA Y BAJAPARA RECIPIENTES QUETRABAJAN A PRESION

DIRECCION GENERAL DENORMAS

PREFACIO

En la elaboracin de esta normaparticiparon las siguientes empresas

e instituciones:

- BABCOCK & WILCOX DEMEXICO, S.A. DE C.V.- CAMARA NACIONAL DE LAINDUSTRIA DE LACONSTRUCCION.- CAMARA NACIONAL DE LA

INDUSTRIA DEL HIERRO Y DELACERO.

- COMISION FEDERAL DEELECTRICIDAD.- DEPARTAMENTO DE LAINDUSTRIA MILITAR.- DEPARTAMENTO DELDISTRITO FEDERAL.- - FERROCARRILES

1 OBJETIVO Y CAMPO DEAPLICACIN

1 1 E t N Ofi i l M i


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Cdula profesional: 1057705Este material es adecuado parasoldarse.

A opcin del fabricante, las planchaspueden fabricarse de acero calmado,semicalmado o tapado.

1.2 La norma contempla tresclases de planchas, las cuales seindican en 3.1.

1.3 El espesor mximo de lasplanchas que se contemplan en estanorma es de 50mm.

2 REFERENCIAS

Esta norma se complementa con la

siguiente Norma Oficial Mexicanavigente:

NOM-B-246 "Requisitos generalespara planchas de aceropara recipientes quetrabajan a presin."

3 CLASIFICACIN YDESIGNACIN

3.1 Clasificacin

Las planchas se clasifican conforme asus niveles de resistencia a la tensinen tres clases: A, B y C.

3.2 Designacin

La designacin debe ser la que seestablece en la NOM-B-246.

requisitos aplicables de la NOM-B-246, como son: definiciones,inspeccin, certificacin, etc.

4.1.2 Adems de los requisitosbsicos, esta norma tambin incluyerequisitos suplementarios, los cualesdeben aplicarse slo cuando seespecifiquen pruebas o exmenesadicionales, para cumplir con el uso

final. Los requisitos suplementariosse indican en esta norma, y sedetallan en la NOM-B-246.

4.1.3 En caso de discrepancia encuanto a requisitos, deben prevaleceren primer lugar los indicados en estanorma sobre los especificados en la

NOM-B-246.

4.1.4 Tratamiento trmico.

Las planchas se suministran,generalmente sin tratamiento trmico(en su condicin de laminado).Pueden solicitarse normalizadas o

con relevado de esfuerzos, o conambos tratamientos.

4.2 Requisitos qumicos.

El acero debe cumplir con lacomposicin qumica indicada en latabla 1.

Tabla 1.- Composicin qumica, enpor ciento.


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4.3 Requisitos de tensin.

El material debe cumplir con losrequisitos de tensin indicados en latabla 2.

5 MUESTREO

El muestreo debe efectuarseconforme a lo indicado en la NOM-B-246.

Tabla 2.- Requisitos de tensin.

Notas.-

a) Ver inciso 6.2 de esta norma.

b) Ver requisitos de tensin de laNOM-B-246.

6 MTODOS DE PRUEBA

6.1 Los mtodos de prueba paraverificar las especificaciones de esta

d b l i di d l

valor de 0.2% de deformacin, o porel mtodo de extensin total bajocarga, considerando una deformacinde 0.5% de la longitud calibrada.

7 REQUISITOSSUPLEMENTARIOS

7.1 Los requisitos suplementariosslo deben aplicarse a solicitud del

comprador, previo acuerdo con elfabricante. Los detalles de estosdeben ser los que se especifican enla NOM-B-246.

A continuacin se da una lista de losrequisitos suplementarios a los quese pueden someter las planchas

objeto de esta norma.

7.1.1 Tratamiento trmico simulado,posterior a la soldadura de probetas,para pruebas mecnicas.

7.1.2 Prueba de tensin adicional.

7.1.3 Prueba de doblado.

7.1.4 Contenido de cobre

El contenido de cobre en el anlisisde colada debe ser de 0.20% a0.35% y para el anlisis de productode 0.18% a 0.37%.

SECRETARIA DE COMERCIO YFOMENTO INDUSTRIAL

NORMA MEXICANA


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Cdula profesional: 1057705RECIPIENTES QUE TRABAJAN APRESION


PREFACIO

En la elaboracin de esta normaparticiparon las siguientes empresase instituciones.

- BABCOCK & WILCOX DEMEXICO, S.A. DE C.V.

- CAMARA NACIONAL DE LAINDUSTRIA DE LACONSTRUCCION.

- CAMARA NACIONAL DE LAINDUSTRIA DEL HIERRO Y DEL

ACERO.

- COMISION FEDERAL DEELECTRICIDAD.

- DEPARTAMENTO DE LAINDUSTRIA MILITAR.

- DEPARTAMENTO DELDISTRITO FEDERAL.

- FERROCARRILESNACIONALES DE MEXICO.

RECIPIENTES QUE TRABAJAN APRESION

1 OBJETIVO Y CAMPO DEAPLICACION

1.1 Esta Norma Oficial Mexicanaestablece los requisitos que debencumplir las planchas de acero alcarbono - silicio, destinadas

principalmente para servicio atemperaturas altas e intermedias, encalderas y otros recipientes soldadosque trabajan a presin.

1.2 Esta norma contempla cuatroclases de planchas, las cuales seindican en 3.1.

1.3 Los espesores mximos de lasplanchas, solamente estn en funcinde la capacidad de la composicinqumica para cumplir con losrequisitos de tensin especificados;sin embargo, los espesores mximosde las planchas contempladas en

esta norma, se limitan a lossiguientes:

2 REFERENCIAS

Esta norma se complementa con lassiguientes Normas Mexicanasvigentes:

NOM-B-246 Requisitos generalespara planchas de acero pararecipientes que trabajan a presin.

NOM-B-261 Inspeccin


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3 CLASIFICACION YDESIGNACION

3.1 Clasificacin

Las planchas se clasifican conforme asus niveles de resistencia a latensin, en cuatro clases:

3.2 Designacin

La designacin debe ser conforme alo indicado en la NOM-B-246.

4 ESPECIFICACIONES

4.1 Requisitos generales

4.1.1 Las planchas suministradasbajo esta norma deben cumplir conlos requisitos aplicables de la NOM-B-246, como son: definiciones,inspeccin, certificacin, etc.

4.1.2 Adems de los requisitosbsicos de esta norma, se incluyenrequisitos suplementarios, los cualesdeben aplicarse cuando seespecifiquen pruebas o exmenesdi i l li l

4.1.3 En caso de discrepancia encuanto a requisitos, deben prevaleceren primer lugar los indicados en estanorma, sobre los especificados en laNOM-B-246.

4.2 Fabricacin

El acero debe ser calmado, y a

menos que se especifique otra cosa,debe fabricarse de tal manera que seobtenga una microestructura degrano grueso. Entendindose porgrueso aquel que tiene un nmero de1 a 5 (ver NOM-B-246).

4.3 Tratamiento trmico

4.3.1 Las planchas de 50mm deespesor y menores se suministrangeneralmente sin tratamiento trmico(en su condicin de laminado). Estasplanchas pueden solicitarsenormalizadas o con relevado deesfuerzos, o con ambos tratamientos.

4.3.1.1 Las planchas con espesormayor de 50 mm deben sernormalizadas.

4.4 Requisitos qumicos


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Tabla 1. Composicin qumica, en porciento.

Nota.- (a) Se aplica para ambosanlisis (de colada y de producto).

4.5 Requisitos de tensin


Tabla 2.- Requisitos de tensin.

Nota de la tabla 2.- (a) Ver requisitosde tensin de la NOM-B-246.

5 MUESTREO

6 METODOS DE PRUEBA

Los mtodos de prueba para verificarlas especificaciones de esta normadeben ser los indicados en la NOM-B-246.


Los requisitos suplementarios solodeben aplicarse a solicitud delcomprador, previo acuerdo con elfabricante. Los detalles de stosdeben ser los que se especifican enla NOM-B-246.

A continuacin se da una lista de los

requisitos Suplementarios a quepueden someterse las planchasobjeto de esta norma.

7.1 Anlisis de producto.

7.2 Tratamiento trmico simuladoposterior a la soldadura de probetaspara pruebas mecnicas.

7.3 Prueba de tensin adicional.

7.4 Prueba de impacto tipo Charpycon ranura en "V".

7.5 Prueba de cada de peso.7.6 Examen ultrasnico, conformea lo indicado en la NOM-B-476.

7.7 Examen con partculas


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SECRETARIA DE COMERCIO YFOMENTO INDUSTRIAL

NORMA MEXICANA

NMX-B-243-1990

PLANCHAS DE ACERO ALCARBONO-MANGANESO DE AL

RESISTENCIA PARA RECIPIENTESQUE TRABAJAN PRESION


PREFACIO

En la elaboracin de esta normaparticiparon las siguientes empresase instituciones.


- CAMARA NACIONAL DE LAINDUSTRIA DE LA

CONSTRUCCION.- CAMARA NACIONAL DE LAINDUSTRIA DEL HIERRO Y DELACERO.- COMISION FEDERAL DE

ELECTRICIDAD.- DEPARTAMENTO DE LA

INDUSTRIA MILITAR.

- DEPARTAMENTO DELDISTRITO FEDERAL.

- FERROCARRILESNACIONALES DE MEXICO.

- SISTEMA DE TRANSPORTECOLECTIVO METRO

1 OBJETIVO Y CAMPO DEAPLICACIN

1.1 Esta Norma oficial Mexicanaestablece los requisitos que debencumplir las planchas de acero alcarbono - manganeso, con altaresistencia a la tensin, las cuales seemplean en la fabricacin derecipientes que trabajan a presin.

Este material es adecuado parasoldarse.

1.2 Las planchas se producen apartir de un acero semicalmado otapado Sin embargo, a opcin delfabricante o del comprador, el aceropuede ser calmado con silicio o con

aluminio.

1.3 El espesor mximo de lasplanchas objeto de esta normaes de 20mm.

2 REFERENCIAS

Esta norma se complementa con lasiguiente Norma Oficial Mexicanavigente:NOM-B-246 "Requisitos generalespara planchas de acero, pararecipientes que trabajan a presin."

3 CLASIFICACIN YDESIGNACIN

3.1 Clasificacin

Las planchas objeto de esta norma se


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Cdula profesional: 1057705suministran en una sola clase, por loque no requieren clasificacin.

3.2 Designacin


4 ESPECIFICACIONES


4.1.1 A menos que se especifiqueotra cosa, las planchas suministradasbajo esta norma deben cumplir conlos requisitos aplicables de la NOM-B-246, como son: definiciones,

inspeccin, certificacin, etc.

4.1.2 En caso de discrepancia encuanto a requisitos, deben prevaleceren primer lugar los indicados en estanorma sobre los especificados en laNOM-B-246.


Las planchas se suministrangeneralmente, sin tratamiento trmico(en su condicin de laminado).Pueden solicitarse normalizadas o

con relevado de esfuerzos, o conambos tratamientos.

4.3 Requisitos qumicosEl acero debe cumplir con la

i i i i di d l

b) Cuando el contenido de silicioes mayor de 0.10%, elcontenido mximo de carbonono debe exceder de 0.28%.

c) A opcin del fabricante o delcomprador, el contenidomximo de silicio puede serhasta 0.40% en el anlisis de

colada y hasta 0.45% en elanlisis de producto.



5 MUESTREO

El muestreo debe efectuarseconforme a lo indicado en la NOM-B-246.

Tabla 2. Requisitos de tensin.

Nota.- (a) Ver requisitos de tensin


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7.1 Los siguientes requisitossuplementarios, deben aplicarse poracuerdo previo entre fabricante ycomprador; y deben especificarse enla orden de compra.

En la NOM-B-246 se indican otrosrequisitos suplementarios, los cualespuede solicitar el comprador.Aquellos que se consideranadecuados para usarse en estanorma, se indican a continuacin.

7.2 Tratamiento trmico simulado

posterior a la soldadura de probetaspara pruebas mecnicas.

7.3 Prueba de doblado

SECRETARIA DE COMERCIOYFOMENTO INDUSTRIAL

NORMA MEXICANA

NMX-B-243-1990

PLANCHAS DE ACERO ALCARBONO-MANGANESO DE ALRESISTENCIA PARA RECIPIENTES

QUE TRABAJANPRESIN



- CAMARA NACIONAL DE LAINDUSTRIA DE LACONSTRUCCION.

- CAMARA NACIONAL DE LAINDUSTRIA DEL HIERRO Y DEL

ACERO.- COMISION FEDERAL DE

ELECTRICIDAD.

- DEPARTAMENTO DE LAINDUSTRIA MILITAR.- DEPARTAMENTO DEL

DISTRITO FEDERAL.- FERROCARRILES

NACIONALES DE MEXICO.- SISTEMA DE TRANSPORTE

COLECTIVO -METRO-.

PLANCHAS DE ACERO ALCARBONO-MANGANESO DE ALRESISTENCIA PARA RECIPIENTESQUE TRABAJANPRESION

1 OBJETIVO Y CAMPO DE

APLICACION

1.1 Esta Norma oficial Mexicanaestablece los requisitos que debencumplir las planchas de acero alcarbono - manganeso, con altaresistencia a la tensin, las cuales seemplean en la fabricacin de

recipientes que trabajan a presin.Este material es adecuado parasoldarse.

1.2 Las planchas se producen ati d i l d


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Cdula profesional: 10577051.3 El espesor mximo de lasplanchas objeto de esta norma es de20mm.

3 REFERENCIAS

Esta norma se complementa con lasiguiente Norma Oficial Mexicanavigente:

NOM-B-246 "Requisitosgenerales para planchas de acero,para recipientes que trabajan apresin."

3 CLASIFICACION YDESIGNACION

3.1 Clasificacin

Las planchas objeto de esta norma sesuministran en una sola clase, por loque no requieren clasificacin.

3.2 Designacin


4 ESPECIFICACIONES


4.1.1 A menos que se especifiqueotra cosa, las planchas suministradasbajo esta norma deben cumplir conlos requisitos aplicables de la NOM-B-246, como son: definiciones,inspeccin, certificacin, etc.


Las planchas se suministrangeneralmente, sin tratamiento trmico(en su condicin de laminado).Pueden solicitarse normalizadas ocon relevado de esfuerzos, o conambos tratamientos.

4.3 Requisitos qumicos

El acero debe cumplir con lacomposicin qumica indicada en latabla 1.

Tabla 1.- Composicin qumica.

Notas.-

a) Se aplica para ambos anlisis(de colada y de producto).b) Cuando el contenido de silicioes mayor de 0.10%, el contenidomximo de carbono no debe excederde 0.28%.c) A opcin del fabricante o del

comprador, el contenido

mximo de silicio puede serhasta 0.40% en el anlisis decolada y hasta 0.45% en elanlisis de producto.


El material debe cumplir con los

requisitos de tensin indicados en latabla 2.

5 MUESTREO

El t d b f t


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Tabla 2. Requisitos de tensin.

Nota.- (a) Ver requisitos de tensin enla NOM-B-246.

6 METODOS DE PRUEBA


7.1 Los siguientes requisitossuplementarios, deben aplicarse poracuerdo previo entre fabricante ycomprador; y deben especificarse enla orden de compra.

En la NOM-B-246 se indican otrosrequisitos suplementarios, los cualespuede solicitar el comprador.Aquellos que se consideranadecuados para usarse en estanorma, se indican a continuacin.

7.2 Tratamiento trmico simuladoposterior a la soldadura de probetas

para pruebas mecnicas.


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Ciencia de los materiales II M. en C. Jos Rubn Aguilar Snchez.Cdula profesional: 1057705

UNlDAD II.

COMPORTAMIENTO MECANICO DE LOS METALES.

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD.

AI finalizar la Unidad el alumno, obtendr los conocimientos del esfuerzo y ladeformacin aplicados sobre los materiales, cuando se les aplica una carga ofuerza, adems sabr a interpretar la curva de esfuerzo - deformacin en elensayo de tensin y compresin, adems determinar algunas propiedades de losmateriales a partir de este diagrama, etc. Aplicar los conocimientos anteriores enla solucin de problemas planteados en clase.

TEMAS:

2.1.CONCEPTO DE ESFUERZO Y DEFORMACIN____________________27

2.2.DEFORMACIN ELASTICA (LEY DE HOOKE)______________________28

2.3.DEFORMACIN PLASTICA DE MONOCRISTALES Y POLICRISTALES__34

2.4.EFECTO DE VELOCIDAD DE DEFORMACIN Y TIEMPO____________36

2.6.PROBLEMAS________________________________________________37


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UNIDAD II.

COMPORTAMIENTO MECANICODE LOS METALES.

OBJETIVOS PARTICULARES DELA UNIDAD.

Al finalizar la Unidad el alumno,obtendr los conocimientos delesfuerzo y la deformacin aplicadossobre los materiales, cuando se lesaplica una carga o fuerza, ademssabr interpretar la curva de esfuerzo deformacin en el ensayo detensin y compresin, ademsdeterminar algunas propiedades de

los materiales a partir de estediagrama, etc. Aplicar losconocimientos anteriores en lasolucin de problemas planteados enclase.

COMPORTAMIENTO MECANICODE LOS METALES.

2.1 CONCEPTO DE ESFUERZO YDEFORMACIN.

Cuando a un cuerpo se le aplica unafuerza externa que tiende a cambiarsu forma o tamao, el cuerpo seresiste a esa fuerza. La resistencia

interna del cuerpo se conoce comoesfuerzo y los cambios en lasdimensiones del cuerpo que laacompaan se llaman deformacioneso alargamientos.

como el esfuerzo por unidad de rea.El esfuerzo unitario generalmente seexpresa en unidades de libra por

pulgada cuadrada (lb/pulg2), y parauna carga axial tensil o unacomprensiva, se calcula como lacarga por unidad de rea. Ladeformacin o alargamiento total encualquier direccin es el cambio totalde una dimensin del cuerpo en esadireccin, y la deformacin o tensinunitaria es la deformacin oalargamiento por unidad de longituden esa direccin.

Inicialmente, la deformacin es enesencia proporcional al esfuerzo;adems, es reversible. Despus de

eliminar el esfuerzo, la deformacindesaparece.El modulo de elasticidad es larelacin entre el esfuerzo y ladeformacin reversible :

=

Cuando una pieza de metal essometida a una fuerza de tensinuniaxial, se produce una deformacindel metal. Si el metal vuelve a susdimensiones originales cuando lafuerza cesa, se dice que el metal haexperimentado una deformacin


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Ci i d l t i l II M C J R b A il S h


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En las aplicaciones a la ingeniera,los esfuerzos cortantes tambinaparecen en estructuras cristalinas

ver figura.

Deformacin elstica cortante. a) sindeformacin, b) deformacin cortante.

Estos producen un desplazamientode un plano de tomos con relacin aotro adyacente. La deformacinelstica cortante , se define como latangente del ngulo .

tan= ;

Y el mdulo de corte G, es la razndel esfuerzo cortante a ladeformacin cortante :

=G

Este modulo de corte (Tambinllamado de rigidez) es diferente delmdulo de elasticidad E; sin

embargo, los dos estn relacionadospor la expresin.

( )+= 12GE

C l l i d P i

de la compresibilidad del material yes igual a la presin hidrosttica

h

por unidad de volumen comprimido

V

V:

1=

=

V

VK h .

El mdulo volumtrico se relaciona ael mdulo de elasticidad como sigue:

( )213 =

EK .

Ley de Hooke.

Los diagramas de esfuerzo-deformacin para la mayora de losmateriales de ingeniera, exhiben unarelacin lineal entre el esfuerzo y ladeformacin unitaria dentro de laregin elstica. Por consiguiente, unaumento en el esfuerzo causa unaumento proporcional en ladeformacin unitaria. Este hecho fuedescubierto por Roberto Hooke en1676 cuando utilizaba resortes, y seconoce como ley de Hooke. Puedeexpresarse matemticamente como:

E=

Aqu E representa la constante deproporcionalidad, que es el mdulode elasticidad o mdulo de Young

Ciencia de los materiales II M en C Jos Rubn Aguilar Snchez


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esfuerzo- deformacin hasta el lmiteproporcional. Adems, el mdulo deelasticidad representa la pendiente de

esta lnea. Puesto que la deformacinunitaria no tiene dimensiones, segnesta ecuacin, E tendr un ideal esde esfuerzo, tales como psi, ksi oPascales.

Como ejemplo de este clculo,consideremos el diagrama deesfuerzo-deformacin para el aceromostrado en la (figura 3.6). Aqu

ksipl 35= y ininpl 0012.0= , de

modo que

inin

ksi

Epl

pl

0012.0

35

==

Diagrama esfuerzo-deformacin paraun acero de bajo carbn.

Como se muestra la figura 3.12, ellmite proporcional para un tipo

generalmente se acepta como de( ) GPaksiESI 2001029 3= . Los valores

comunes de E para otros materialesde ingeniera estn a menudotabulados en cdigos de ingeniera yen libros de referencia. Debeobservarse que el mdulo deelasticidad es una propiedadmecnica que indica la rigidez de unmaterial. Los materiales que son muy

rgidos, como el acero, tienen valoresgrandes de E ( )ksiGPaESI 31029= ,mientras que los materialesesponjosos, como el hulevulcanizado, pueden tener valoresbajos ( ) MPaksiEr 70.01010.0 3= .

Ciencia de los materiales II M en C Jos Rubn Aguilar Snchez


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Por lo tanto, deber siemprerecordase que E puede usarse solo siun material tiene un comportamiento

elstico lineal.

Tambin, si el esfuerzo en el materiales mayor que el lmite proporcional, eldiagrama de esfuerzo-deformacindeja de ser una lnea recta y laecuacin E= ya no es vlida.

2.3 DEFORMACIN PLASTICA DEMONOCRISTALES YPOLICRISTALES.

Introduccin

Cuando un material se tensa pordebajo de su lmite elstico, ladeformacin resultante es temporal.La supresin del esfuerzo da comoresultado un retorno gradual delobjeto a sus dimensiones originales.Cuando un material se tensa ms all

de su lmite elstico, tiene lugar unadeformacin plstica o permanente, yno regresar a su forma original porla sola aplicacin de una fuerza. Laposibilidad de que un metal sufradeformacin plstica esprobablemente su caracterstica msrelevante en comparacin con otros

materiales. Todas las operaciones deformado, como son troquelado,prensado, hilado, laminado o rolado,forjado, estirado y extrusin, serelacionan con la deformacinl i d l l V i

son de inters esencial paraperfeccionar la operacin detrabajado.

Se puede obtener mucha informacinrespecto al mecanismo dedeformacin plstica al estudiar elcomportamiento de un monocristalsujeto a esfuerzo y aplicando mstarde este conocimiento a un materialpolicristalino.

La deformacin plstica puede tenerlugar por deslizamiento, por maclaje omediante una combinacin de ambosprocesos.

Deformacin por deslizamiento Si el

monocristal de un metal es esforzadotensilmente ms all de su lmiteelstico, se alarga en forma ligera,aparece un escaln sobre lasuperficie indicando undesplazamiento relativo de una partedel cristal con respecto al resto y laelongacin se detiene. Al aumentar

la carga se producir movimiento enotro plano paralelo y dar comoresultado otro escaln.

Es como si delgadas seccionesvecinas del cristal se hubierandeslizado una sobre otra como cartasde baraja. Cada alargamiento

sucesivo necesita un esfuerzoaplicado mayor y resulta en laaparicin de otro escaln, que esrealmente la interseccin de un planode deslizamiento con la superficie del

i t l El t i d l



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Vista de un cristal real

Deformacin por maclaje En ciertosmateriales, particularmente metalesc.p.h., el maclaje es uno de losprincipales medios de deformacin.

Esto puede causar un extensivo

cambio en la forma o colocar planospotenciales de deslizamiento en unaposicin ms favorable para eldeslizamiento. El maclaje es unmovimiento de planos de tomos enla red, paralelo a un plano especfico(de maclaje) de manera que la red sedivide en dos partes simtricas

diferentemente orientadas. La can-tidad de movimiento de cada plano detomos en la regin maclada esproporcional a su distancia del planode maclaje, de manera que se formauna imagen especular a travs del

En la figura 3.1 1, el plano de maclaje( 111) corta al plano (1 1 0) a lo largoAB', que es la direccin de maclaje.

La figura 3.12 muestra el mecanismode maclaje. El plano del papel es el(110) y se toman juntas muchasceldas unitarias. Cada plano (111 ) enla regin de maclaje se muevetangencialmente a la direccin (112).El primero, CD, se mueve un terciode una distancia interatmica; el

segundo, EF, se mueve dos terciosde una distancia interatmica y eltercero, GH, se mueve un espacioentero.

Fig 3 11 Diagrama de un plano de



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gCdula profesional: 1057705

Fig. 3.12 Diagrama esquemtico demaclaje en. una red f.c.c.

Si desde el tomo A se traza unalnea perpendicular al plano de

maclaje (AB'), se tendr otro tomo,C', exactamente a la misma distanciadel plano maclado, pero del otro lado.Lo mismo es cierto para todos lostomos en la regin maclada, demodo que realmente se tiene unaimagen especular en la reginmaclada que refleja la porcin no

maclada del cristal. Como los tomosterminan en espacios interatmicos,se ha cambiado la orientacin de lostomos o la distancia entre ellos.Generalmente la regin macladacomprende el movimiento de un grannmero de tomos, y suele aparecermicroscpicamente como una lnea o

banda ancha, como se indica en lafigura 3.13. Esta fotografa muestrabandas de maclaje en zinc; ntesecomo las bandas cambian dedireccin en la frontera de grano.

Al metalurgista le interesan dostipos de maclaje:

1 Maclajes -mecnicos o dedeformacin; prevalecientesprincipalmente en metales c.p.h.(magnesio, zinc, etc.) y enmetales b.c.c. (tungsteno, hierro,etc.).

2 Maclajes de recocido,prevalecientes principalmente enmetales f.c.c. (aluminio, cobre,latn, etc.). Estos metales hansido previamente trabajados yluego recalentados. Losmaclajes se forman debido a un

cambio en el mecanismo de cre-cimiento normal.

Fractura Es la separacin de uncuerpo sujeto a un esfuerzo, en dos oms partes. La fractura se clasificaen frgil o dctil. La fractura frgilgeneralmente comprende la rpida

propagacin de una grieta, con elmnimo de absorcin de energa y dedeformacin plstica. En losmonocristales, la fractura frgil ocurrePor clivaje a lo largo de un planocristalogrfico en particular [porejemplo, el plano (100) en hierro]. Enlos materiales policristalinos, la

superficie de fractura frgil muestrauna apariencia granular debida a loscambios en orientacin de los planosde clivaje de un grano a otro.



40/129

Cdula profesional: 10577052.3 Deformacin plstica demonocristales

Los metales con estructura cbica usus aleaciones no ordenadas sedeforman predominantemente porcorte plstico o deslizamiento. Estees tambin uno de los mtodos dedeformacin en metales conestructura hexagonal. La deformacincortante ocurre aun en el caso de quee esfuerzo aplicado sea de tensin ode comprensin, debido a que estosesfuerzos se pueden descomponeren esfuerzos cortantes.

fig. 6.4.1 Deslizamiento en unmonocristal

El deslizamiento se produceprincipalmente a lo largo de ciertas

direcciones y planos cristalinos. Estose ilustra en la siguiente figura, dondeun monocristal de un metal hexagonalcompacto fue deformadoplsticamente. El esfuerzo cortante

id i i i l d li i t

Deformacin de metalespolicristalinos(a bajas temperaturas)

El material comercial est siempreformado de granos policristalinos,cuyos ejes cristalinos se orientan alazar. Cuando un materialpolicristalino est sujeto a esfuerzo, eldeslizamiento empieza primero enaquellos granos en que el sistema dedeslizamiento se halla msfavorablemente situado 1 respecto alesfuerzo aplicado. Como se debemantener el contacto en las fronterasde grano, podra necesitarse laaccin de ms de un sistema dedeslizamiento.

Existen suficientes datos quemuestran que metales con granosfinos son ms fuertes y menosdctiles que metales con granosgruesos. Como esto se atribuye a lainterferencia de las fronteras con eldeslizamiento, las propiedades se

graficarn en funcin del rea de lafrontera entre granos (Fig. 6.5.1).



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Cdula profesional: 1057705Las fronteras entre granos (Sec. 4-4)interfieren con el deslizamiento, puesson sitios en donde terminan los

planos cristalinos en donde lasdislocaciones se mueven. Esto dalugar a un apilamiento dedislocaciones que va a tener elmismo efecto que uncongestionamiento de trfico en unviaducto (Fig. 6-5.2). Se requiere laaplicacin de una fuerza (o esfuerzo)mayor para continuar con ladeformacin plstica.

figura 6.5.2 apilamiento de

dislocaciones

Los metales Policristalinos sedeforman de manera diferente a losmonocristales. El monocristal de laFg. 6-4.1 no tuvo constriccionesproducidas por cristales adyacentes.En contraste, observe la Fig. 6-5.3 en

donde evidente que el grano grandede cobre situado en el centro nocedi, en forma independiente de susgranos vecinos. El metalurgistapuede demostrar que para que ungrano se deforme en conjunto consus vecinos, introducir fisuras oespaciamientos, deben operarsimultneamente dentro del grano, almenos cinco combinaciones dedeslizamiento. Debido a que notodos los planos de deslizamientoestn favorablemente orientados (Ej.

Deformacin de metalespolicristalinos (a altas temperaturas)

En la Seccin anterior se hizo ver quelos metales de grano fino son masresistentes que los de grano grueso -a bajas temperaturas-. atemperaturas elevadas la difusinpuede volverse significativa yencontramos que se presentatermofluencia. Como su nombre loimplica, es un proceso dedeformacin. Las velocidades dedeformacin van desde unosporcentajes por hora a cargas muygrandes o temperaturas muy altashasta menos de 10-4% por hora (Fig.6-8. 1 ). Estas velocidades son muybajas; sin embargo, considere suimportancia cuando se disea unaplanta de potencia impulsada porvapor o un reactor nuclear, los cualesdebern estar en servicio a altastemperaturas por muchos. Latermofluencia tambin es importante

en el diseo de turbinas de gas yotras aplicaciones que debernoperar sin cambio en dimensiones aaltos esfuerzos y temperaturaselevadas para maximizar la eficienciaen la conversin de energa.


Cd l f i l 1057705


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Cdula profesional: 1057705ejemplo. Cuando un metal se sometea esfuerzo, sufre de inmediato unadeformacin elstica, la cual es

mayor entre ms alto sea el esfuerzoaplicado o la temperatura. En elprimer perodo de (regin 1), elmaterial sufre ajustes plsticosadicionales y relativamente rpidosen puntos donde los esfuerzos seconcentrar a lo largo de fracturas degrano y de fisuras internas. Estos

ajustes plsticos iniciales dan lugar auna velocidad de deformacin lenta ycasi estacionaria que definimos comorapidez o velocidad de deformacin.La segunda regin de termofluenciaestacionaria continua a lo largo de unextenso periodo de tiempo, hasta quese ha producido suficientedeformacin, de tal manera que seproduce un encuellamiento y por ellouna reduccin de rea. Con estecambio de rea a carga constante, larapidez de deformacin se acelerahasta que ocurre la ruptura (regin 3).Si se puede ajustar la carga para

compensar la reduccin en rea ymantener un esfuerzo constante, lavelocidad de termofluencia de laregin 2 continuar constante hastala ruptura.

2.4 EFECTO DE VELOCIDAD DEDEFORMACION Y TIEMPO

Cuando un material tiene quesoportar una carga por un periodo detiempo muy largo, puede continuardeformndose hasta que ocurra unafatiga sbita o su utilidad se veamenazada. Esta deformacinpermanente dependiente del tiempo

se llama flujo plstico. Normalmenteel flujo plstico es tomado en cuentacuando se usan metales o cermicascomo miembros estructurales opartes mecnicas sometidos atemperaturas elevadas. Sin embargo,algunos materiales, como lospolmeros y materiales compuestos(incluyendo la madera y el concreto),si bien la temperatura no es un factorimportante, el flujo plstico puedepresentarse. Como ejemplo tpico,consideremos el hecho de que unabanda de hule no retorna a su formaoriginal despus de haber sido

liberada de una posicin estirada enla cual se mantuvo durante unperiodo de tiempo muy largo.

En sentido general, tanto el esfuerzocomo la temperatura juegan un papelimportante en la tasa del flujo

plstico.

Para efectos prcticos, cuando el flujoplstico resulta importante, unmaterial se disea usualmente para

i ti d f i it i




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Cdula profesional: 1057705esfuerzo inicial ms alto que elmaterial puede soportar durante untiempo especificado sin causar una

cantidad determinada de deformacinunitaria por flujo plstico. Laresistencia por flujo plstico variaracon la temperatura y para efectos dediseo, debern especificarse latemperatura, la duracin de la carga,y la deformacin unitaria por flujoplstico permisible. Por ejemplo se ha

sugerido una deformacin unitaria porflujo plstico de 0.1% anual para elacero en pernos y en tuberas, y un0.25% anual para el forro de plomoen cables.

Existen varios mtodos paradeterminar la resistencia por flujoplstico permisible para un materialen particular. Uno de los mssencillos implica ensayar variasprobetas simultneamente a unatemperatura constante, pero estandocada una sometida a un esfuerzoaxial diferente.

Midiendo la longitud de tiemponecesaria para producir ya sea unadeformacin unitaria permisible o ladeformacin unitaria de rotura paracada probeta, se puede establecer

una curva de esfuerzo contra tiempo.

Normalmente estas probetas seefectan para un periodo de 100horas. En la figura 3.26 se muestra

j l d l lt d

grafica, la resistencia por flujo plsticoen 1000 horas seria,aproximadamente, = 20 ksi (138

MPa).

Diagrama esfuerzo-tiempo para aceroinoxidable a 1200 F

En general, la resistencia por flujoplstico disminuir para temperaturasms elevadas o para esfuerzosaplicados mas elevados para periodode tiempo mas largo, debernhacerse extrapolaciones de lascurvas. Para ello se requiere un cierto

grado de experiencia con elcomportamiento del flujo plstico ycierto conocimiento suplementario deluso de las propiedades del materialbajo flujo plstico. Sin embargo una

l i t i fl j




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Cdula profesional: 10577052.5 Problemas.

Problema No. 1

Una muestra de aluminio comercialpuro de pulg. De ancho, de grueso y8 pulg. De longitud, tiene unasmarcas de calibracin en el medio dela muestra, separadas 2 pulg., y esestirada de manera que dichasmarcas se separan hasta 2.65 pulg.

Calcular la deformacin y elporcentaje de elongacin que sufre lamuestra.

SOLUCION:

Deformacin

%32 5%100x0 325elongacinde%

0l

0l-l

==

==

325.0lgpu00.2

lgpu65.0

lgpu00.2

lgpu00.2lgpu65.2

se muestra en la figura. Calcule elmdulo de elasticidad y la resistenciade cedencia basados en una

desviacin de 0.2%. Identifique en lagrfica el esfuerzo ultimo y elesfuerzo de fractura.

SOLUCIN:

Mdulo de elasticidad Debemoscalcular lapendiente de la porcin delnea recta inicial de la grfica.Usando la escala aumentada que semuestra (con lnea ms intensa) en lafigura 3.17, esta lnea se extiendedesde el punto 0 hasta el punto A. Unpunto en esta lnea tiene

coordenadas de (50 ksi, 0.001 6 in/in)aproximadamente. Por lo tanto,

.Re)10(25.31in/in0.0016

ksi50E 3 spksi==




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Cdula profesional: 1057705extenderemos una lnea (punteada)paralela a OA hasta que intersequea la curva - en A', figura del

problema. La resistencia decedencia es aproximadamente

.Re68 spksiys=

esfuerzoltimo. Est definido por laaltura mxima de la curva - enla grfica, punto B en la figura.

.Re108 spksiu =

Esfuerzo de fractura. Cuandola probeta de ensayo se estire hastasu mximo de f = 0.23 in/in, sefracturar en el punto C, en la figura

del problema. Entonces,

.Re90 spksif =

Problema N 3

En la figura siguiente se muestra elDiagrama de esfuerzo-deformacin

para una aleacin de aluminioutilizada para hacer partes para unaeroplano. Si una probeta de estematerial es esforzado hasta 600 MPa,determine la deformacin unitariapermanente que permanece en laprobeta cuando la carga se suprime.Calcule tambin el mdulo de

resiliencia tanto antes como despusde la aplicacin de la carga

SOLUCION:

Deformacin permanente. Cuando laprobeta de ensayo se somete a un

esfuerzo de 600 MPa, se endurecehasta que se alcanza el punto B en eldiagrama esfuerzo - deformacin,figura del problema. La deformacinunitaria en este punto esaproximadamente de 0.023 mm/mm.Cuando la carga deja de actuar, elmaterial se comporta siguiendo lalnea recta BC, que es paralela a lalnea OA. Puesto que ambas lneastienen la misma pendiente, ladeformacin unitaria en el punto Cpuede determinarse analticamente.




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Cdu a p o es o a 05 05

Del tringulo CBD en la figura,deducimos que

mm/mm0.008CD

Pa)10(0.75CD

)Pa600(10

CD

BDE 9

6

=

===

Esta deformacin unitariarepresenta la cantidad dedeformacin uni taria elsticarecuperada. La deformacinpermanente, COO-I figura 3.18, esentonces

mm/mm0.0150

mm/mm0.00800mm/mm0.023oc

=

=

Nota: Si las marcas decalibracin en la probeta de ensayoestaban originalmente con unaseparacin de 50mm, entoncesdespus de que la carga es suprimidaestas marcas estarn a 50 mm +(0.0150) (50 mm) = 50.75 mm dedistancia.Mdulo de resiliencia. Aplicando laecuacin, tendremos que

3

plplfinal

3

plplinicial

2.40MJ/m

.008mm/mm)(600MPa)(02

1

2

1(Ur)

1.35MJ/m

.006mm/mm)(450MPa)(02

1

2

1(Ur)

=

==

=

==

ha disminuido, puesto que el reabajo la curva, OABF, es mayor que elrea bajo la curva CBF.


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3.5.4. Equipos y materiales de pruebo3.5.5. Curva de energa de fractura vs. temperatura

3.6.TORSIN_______________________________________________563.6.1. Principios y objetivos3.6.2. Curva de torsin3.6.3. Interpretacin y uso de resultados3.6.4. Relacin entre el mdulo de elasticidad y mdulo de rigidez

3.7.TERMOFLUENCIA________________________________________573.7.1. Principios y objetivos

3.7.2. Procedimientos y mtodo de prueba3.7.3. Curva de termofluencia (deformacin - tiempo y esfuerzo - temperatura)3.7.4. Interpretacin y uso de resultados

3.8.TENACIDAD_____________________________________________633.8.1. Principios y objetivos3.8.2. Concentracin de esfuerzos3.8.3. Criterio de la energa de Griftith3.8.4. Tenacidad de fractura3.8.5. Interpretacin de resultados

3.9.FATIGA_________________________________________________653.9.1. Fundamentos generales3.9.2. Procedimientos y mtodos de prueba3.9.3. Tensiones cclicas

3.9.4. Iniciacin de propagacin de la grieta3.9.5. Factores que afectan a la vida a fatiga3.9.6 Influencia del medio3.9.7. Anlisis, interpretacin y uso de resultados

3.10. DESGASTE____________________________________________663.10.1. Principios y objetivos3.10.2. Superficies slidas

3.10 3. Contaminantes3.10.4. Interpretacin de resultados y aplicaciones




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UNIDAD III.

EVALUACIN DE LASPROPIEDADES MECANICAS DELOS METALES Y SU CONTROL.

EVALUACIN DE LASPROPIEDADES MECNICAS DELOS METALES Y SU CONTROL

3.1DUREZA

La dureza no es una propiedadfundamental de un material, sino queest relacionada con las propiedadeselsticas y plsticas.

3.1.1.Principios y objetivos.

El valor de dureza obtenido en unprueba determinada sirve slo comocomparacin entre materiales otratamientos. La prueba de dureza seutiliza ampliamente para inspeccin ycontrol. Cuando se establece el valor

resultante de la dureza de untratamiento trmico a un materialdado por un proceso determinado,esa estimacin proporcionar unmtodo rpido y sencillo (deinspeccin y control) para el materialy proceso particulares.

Las diversas pruebas de dureza sepueden dividir en tres categoras:

DUREZA ELSTICA.

E t ti d d id di t

tiene por lo general un discoautoindicador tal que la altura derebote se indica automticamente.

3.1.2 Equipos y materiales de prueba.

Prueba d e Ralladu ra.

Esta prueba la ide Friedrich Mohs.La escala consta de diez mineralesestndar arreglados siguiendo un

orden de incremento de dureza. Eltalco es el 1, el yeso el 2, etc., hastael 9 para el corindn y el 10 para eldiamante. Si un material desconocidoes rayado apreciablemente por el 6 yno por el 5, el valor de dureza estentre 5 y 6.

Prueba de Lima.

La pieza a prueba se somete a laaccin de corte de una lima dedureza conocida, para determinar sise produce un corte visible. Laspruebas comparativas con una lima

dependen del tamao, forma y durezade la lima; de la velocidad, presin yngulo de limado durante la prueba; yde la composicin y tratamientotrmico del material a prueba.

3.1.3 Procedimientos y mtodos depruebas.

RESISTENCIA A LA INDENTACIN

Ensayo de Dureza Brinell.

El b d d d B i ll


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Cdula profesional: 1057705impresin en forma de diamante y El esfuerzo y la deformacin


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impresin en forma de diamante, ytiene diagonales largas y cortas a unarazn aproximada de 7:1. la forma

piramidal empleada tiene incluidosngulos longitudinales de 17230 yngulos transversales de 130.La profundidad de impresin es comode 1/30 de su longitud.Por lo general, se utilizan tablas paraconvertir la longitud diagonal medidaal nmero de dureza Knoop (HK), o

mediante la frmula siguiente:HK = 14.229 L

d2

Donde:L = Carga aplicada, en kg.d = Longitud de la diagonal mayor,

en mm.

3.2.TENSIN.

El ensayo de tensin es la realizadams frecuentemente para determinarciertas propiedades mecnicas, midela resistencia de un material a unafuerza esttica o gradualmenteaplicada.

USO DEL DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIN.

La probeta se coloca en la mquinade pruebas y se le aplica una fuerzaF, que se conoce como carga. Para

medir el alargamiento del materialcausado por la aplicacin de fuerzaen la longitud calibrada se utiliza unextensmetro.

E f D f i I i il

El esfuerzo y la deformaciningenieriles se definen mediante lasecuaciones siguientes:

lo

lol

AoF

=

=

Donde: = Esfuerzo ingenieril = Deformacin ingenieril

Ao = rea de la probetaIo = Distancia originalI = distancia entre las mismasF = fuerza

La curva esfuerzo-deformacin seutiliza para registrar los resultados delensayo de tensin.

PROPIEDADES DEL ENSAYO DETENSIN.

A partir de un ensayo de tensin sepuede obtener informacinrelacionada con la resistencia, rigidezy ductilidad de un material.

Esfuerzo de Cedencia.

Es el esfuerzo al cual la deformacinplstica se hace importante. Elesfuerzo de cedencia es, por lo tanto,el esfuerzo que divide loscomportamientos elstico y plsticodel material. Si se desea disear uncomponente que no se deformeplsticamente, se debe seleccionarun material con un lmite elsticoelevado o fabricar el componente de


Cdula profesional: 1057705Resistencia a la ten sin 3 3 Compresin


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Resistencia a la ten sin.

El esfuerzo obtenido de la fuerza ms

alta aplicada es la resistencia a latensin, que es el esfuerzo mximosobre la curva esfuerzo-deformaciningenieril. En muchos materialesdctiles, la deformacin no semantiene uniforme.

En cierto momento, una regin se

deforma ms que otras y ocurre unareduccin local de importancia en laseccin recta.

Pro piedades Elst icas.

El mdulo de elasticidad o mdulo deYoung (E) es la pendiente de la curvaesfuerzo-deformacin en su reginelstica.El mdulo es una medida de larigidez del material. Un materialrgido, con un alto mdulo deelasticidad, conserva su tamao y suforma incluso al ser sometido a unacarga en la regin elstica.

Ductilidad.

La ductilidad mide el grado dedeformacin que puede soportar unmaterial sin romperse.

Efecto de la Temperatura.

Las propiedades a la tensindependen de la temperatura. Elesfuerzo de cedencia, la resistencia al t i l d l d l ti id d

3.3.Compresin

Introduccin

El ensayo de compresin es pocofrecuente en los metales y consisteen aplicar a la probeta, en ladireccin de su eje longitudinal,una carga esttica que tiende aprovocar un acortamiento de lamisma y cuyo valor se ir

incrementando hasta la rotura osuspensin del ensayo.

El diagrama obtenido en un ensayode compresin presenta para losaceros, al igual que el de traccinun periodo elstico y otro plstico.

En los grficos de metales

sometidos a compresin, queindica la figura siguiente obtenidassobre probetas cilndricas de unaaltura doble con respecto aldimetro, se verifica lo expuestoanteriormente, siendo ademsposible deducir que los materialesfrgiles (fundicin) rompenprcticamente sin deformarse, y losdctiles, en estos materiales elensayo carece de importancia, yaque se deforman continuamentehasta la suspencin de laaplicacin de la carga, siendoposible determinar nicamente, a

los efectos comparativos, la tensinal limite de proporcionalidad.

En los grficos de metalessometidos a compresin, queindica la figura siguiente obtenidas


Cdula profesional: 1057705Siendo adems posible deducir


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Siendo adems posible deducirque los materiales frgiles(fundicin) rompen prcticamente

sin deformarse, y los dctiles, enestos materiales el ensayo carecede importancia, ya que sedeforman continuamente hasta lasuspensin de la aplicacin de lacarga, siendo posible determinarnicamente, a los efectoscomparativos, la tensin al limite de

proporcionalidad.Probeta para compresin demetales. En los ensayos de compresin, laforma de la probeta tiene graninfluencia, por lo que todos ellosson de dimensiones normalizadas.

El rozamiento con los platos de lamaquina hace aparecer, comodijimos, un estado de tensincompuesta que aumenta laresistencia del material, lainfluencia de estas tensiones vadisminuyendo hacia la seccin

media de la probeta, razn por lacual se obtiene mejorescondiciones de compresin simplecuando estn se presenta conforma prismticas o cilndricas demayores alturas, las que se limitan,para evitar el efecto delflexionamiento lateral debido al

pandeo.Determinaciones a efectuar enun ensayo de compresin.

En general es posible efectuar lasi d t i i l

Tensin al limite proporcional:

En los metales muy maleables, quese deforman sin rotura, la tensinal lmite proporcional resulta elnico valor empleado a los fines

comparativos.Tensin al lmite de aplastamiento:

El valor de Pf que corresponde allmite de aplastamiento esequivalente al de fluencia portraccin, no presentndose enforma tan ntida como este ni aunen los aceros muy blandos, por loque generalmente se calcula, en sureemplazo, la tensin deproporcionalidad.

Acortamiento de rotura

correspondiente al alargamiento derotura por traccin.

Ensanchamiento transversal.


Cdula profesional: 1057705esfuerzos de compresin de los probeta se acentan conforme


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esfuerzos de compresin de losmateriales. Este ensayo es muysimilar al de tensin.

Es decir, que a una probeta de unmaterial dado se le somete a cargas yse mide su deformacin, de la mismamanera que con el ensayo detensin, de manera que se obtieneuna grfica similar.

Las observaciones destacables deestas pruebas se pueden resumir pormedio de las siguientesaseveraciones:

Los materiales dctiles se comportande la misma manera tanto encompresin como en tensin.

Los materiales frgiles, tanto atensin como a compresin, nopresentan punto de cedencia y elesfuerzo de ruptura coincide con elesfuerzo ltimo.

Los materiales frgiles presentan unaresistencia ltima mucho ms

elevada en una compresin que enuna tensin.

Observaciones Generales.

El ensayo de compresin esmeramente lo contrario al de tensin,

con respecto al sentido del esfuerzoaplicado. Las mayor parte derecomendaciones con respecto alensayo de tensin se aplican alensayo de compresin con ciertas

probeta se acentan conformeaumenta la carga.

La friccin entre los puentes de lamquina y la superficie de la probeta,lo que procede a una expansintransversal irregular.

La dimensin de las probetas y lanecesidad de mquinas decapacidades sumamente elevadas, loque dificulta la precisin de la prueba.

Requerimientos para probetas deCompresin

Para las probetas de compresin seprefieren probetas cilndricas acualquier otra forma. La seleccin deuna relacin entre xtensi ydimetro de la probeta es unaeleccin que se toma para evitar unaserie de inconvenientes, ya que deser muy ancha y muy corta, lasmediciones de xtensin ci serancasi irrealizables, de ser muy larga ydelgada, se dara una fractura por

flexin, entonces se establece unarelacin determinada para evitardichos efectos.

Esta relacin se sugiere como sigueen la xtensi (1):

(1)

El tamao de la relacin depende deltipo de material, del tipo demediciones y del aparato de ensayo.

Los extremos de las probetas deben


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Cdula profesional: 1057705de 25 g, de 50 g se arrastra Fm=2YI0.375/L

2 el programa


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g gcon el ratn y se cuelga delextremo libre de la barra. El

programa interactivo convierteel peso en g en fuerza en N,multiplicando por 10 ydividiendo por 1000. Porejemplo, un peso de 100 gequivale a una fuerza de 1 N.

6. Cuando se deja de pulsar el

botn izquierdo del ratn, secalcula y se representa laflexin de la barra. Se mide eldesplazamiento del extremolibre. Los pares de datos:fuerza (en Newton),desplazamiento (en cm) seguardan en el control rea de

texto situado a la izquierda delapplet.

7. Se pulsa el botn izquierdo delratn sobre otra pesa, searrastra con el ratn y secuelga del gancho inferior de lapesa precedente.

Se puede colgar del extremo libre dela barra hasta cuatro pesas de cadatipo, un mximo de 12 pesas queequivalen a una fuerza de 340 g 3.4N

8. Cuando se ha recolectado

suficientemente nmero de datos sepulsa en el botn Grfica. Elprograma representa los datos"experimentales" y la recta quedescribe el comportamiento del

t lib d l b d

p ginteractivo no permite colgar delextremo libre pesas adicionales, ya

que se supone que la aproximacinde pequeas flexiones deja de seraplicable.

3.5 IMPACTO

3.5.1. Principios y objetivos.

El choque entre dos cuerpos, endonde se presentan fuerzasrelativamente grandes durante unintervalo de tiempo corto encomparacin se llama impacto. Unarecta perpendicular al plano decontacto de dos cuerpos que chocan

se llama lnea de impacto.Si los centros de gravedad de los doscuerpos se encuentran sobre la lneade contacto, se dice que se trata deun impacto central, en cualquier otrocaso, es un impacto excntrico. Si lascantidades de movimiento lineales de

los centros de gravedad tambinestn dirigidas a lo largo de la lneade impacto, se tiene un impactocolineal o central directo; en cualquierotro caso se dice que el impacto esoblicuo.

Clasificacin de pruebas de

impacto.

Impacto colineal. Cuando dosmasas m1 y m2, que tienen lasvelocidades respectivas u1 y u2, se


Cdula profesional: 1057705com

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