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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO
Materiales de Ingeniería QuímicaMateriales de Ingeniería Química
Capitulo 6
Propiedades y ComportamientoPropiedades y Comportamiento Mecánico de los materiales
Prof. Juan P. Urbina C.
Mérida, 05 de Junio de 2009
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO
Esfuerzo y deformación
Esfuerzo: es la fuerza que actúa sobre el área de sección transversal unitaria de un material CAUSA
Deformación Unitaria: elongación o cambio de dimensión por unidad de longitud
EFECTO
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Esfuerzo y deformación
Ejemplo: ExtrusiónEjemplo: Extrusión
Metales PolímetrosMetales, Polímetros, Materiales compuestos
Esfuerzos cortantes o de cizallamiento
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Esfuerzo y deformación Ejemplo: Extrusión
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Esfuerzo y deformación
Deformación elástica: deformación restaurable debido a un esfuerzo aplicado al materialaplicado al material
Características:
•Es instantánea
•Dura lo que dura la aplicación del Linealesfuerzo
•Desaparece tan pronto se retira la fuerza
Lineal
fuerza
•La deformación no es permanente
E= Modulo de Elasticidad o modulo de Young
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Esfuerzo y deformación
Comportamiento elástico no lineal
Elastómeros deformaciones elásticas grandes y el comportamiento no es lineal
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Esfuerzo y deformación
Deformación plástica: es la deformación permanente de un material. El material no regresa a sumaterial. El material no regresa a su estado original.
Características:
•Puede ser rápida o lenta
•No desaparece al retirar la fuerza
La mayoría de los materiales presentan estos dos tipos de deformación cuando se aplica una fuerza
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Ensayos Mecánicos destructivos
CARGAEnsayo de Tensión:
Resistencia de un Material a una f táti li d
CARGA
fuerza estática o aplicada lentamente
Se obtiene datos de:
Esfuerzo aplicado vs. Deformación
Fuerza vs Cambio de longitud
Probeta estándar de 0,505 pulg de diámetro y longitud calibrada y g
a 2 pulg Extensómetro
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Extensómetro
Ensayos Mecánicos destructivos
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Ensayos Mecánicos destructivos
Ensayo de Tensióny
Para cada material, la respuesta al ensayo es diferente y se corresponde con las propiedades mecánicas del material
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Ensayos Mecánicos destructivos
Ensayo de Tensión: y
Esfuerzo y deformación Ingenieriles
Esfuerzo Ingenieril Especimen estándar
Deformación Ingenieril
Ao = Área sección transversal inicial
Lo = Distancia original entre las marcas de calibracióng
∆l = Cambio de Longitud
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Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Tensión:
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Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Tensión:
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Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Tensión:
Fenómeno de punto de fluenciaLos átomos intersticiales agrupados alrededor de g p
las dislocaciones, evitan el deslizamiento y aumentan
el esfuerzo
Una vez que ocurre el deslizamiento, la rapidez
d d li i tde deslizamiento es mayor porque las dislocaciones
se alejan de los grupos de átomos intersticialesátomos intersticiales
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Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Tensión:
Estricción
Formación
de cuello
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Ensayos Mecánicos destructivos Ley de Hooke:
Aplica para materiales elásticos y representa la pendiente de la curva esfuerzo vs. deformación en la zona elástica. Se conoce como Modulo de Elasticidad o Modulo de Young.
EEs una medida de la rigidez
de los materiales
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Ensayos Mecánicos destructivos Modulo de Resiliencia (Er):
Es el área comprendida bajo la parte elástica de la curva de esfuerzo vs. deformación ingeniería, y representa la energía elástica que absorbe un material durante la carga y que después libera al quitar la carga.
Er = (1/2) x (Resistencia de cedencia) x (deformación de cedencia)
Tenacidad a la Tensión:
Representa toda la energía que absorbe un material antes de romperse y se determina como el área bajo la curva esfuerzo deformación
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Ensayos Mecánicos destructivos
Ductilidad:
Es la deformación que puede sufrir un material sin fracturarse
Se mide como
% Alargamiento = (Lf – Lo)/ Lo x 100
Reducción de Área = (Ao – Af)/ Ao x 100
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Ensayos Mecánicos destructivos Efecto de la Temperatura:
Resistencia a la cedencia
Modulo de Elasticidad
óResistencia a la Tensión
Ductilidad
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Efecto y deformación real:Efecto y deformación real:
Ingenieril RealIngenieril Real
.
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Ensayos Mecánicos destructivos
Ensayo de Tensión:Ensayo de Tensión:
El ensayo de tensión para materiales frágiles,El ensayo de tensión para materiales frágiles, usualmente termina en la fractura del material
En un material frágil, la i t i l d i lresistencia a la cedencia, la
resistencia a la tensión y la resistencia a la ruptura
suelen estar representadossuelen estar representados por el mismo punto del
grafico σ vs ε
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Ensayos Mecánicos destructivos
Ensayo de Flexión paraEnsayo de Flexión para materiales frágiles:
Consiste en la aplicación de una fuerza en el centro de una barra que esta apoyada en sus extremos para p y pdeterminar la resistencia del material a una carga estática o lentamente aplicada.
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Ensayos Mecánicos destructivos
E d Fl ióEnsayo de Flexión para materiales frágiles:
Resistencia a la flexión: esfuerzo necesario para fracturar un especimen en el ensayo de flexión
Modulo de Flexión: es el módulo de elasticidad calculado de la curva
f d fl ióesfuerzo vs deflexión
Esfuerzo vs. Deflexión para el MgO
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Ensayos Mecánicos destructivos
Ensayo de Dureza: mide la resistencia a la penetración de un materialEnsayo de Dureza: mide la resistencia a la penetración de un material.
Dureza de Brinell: DondeDureza de Brinell: Donde,
F es la fuerza aplicada en Kg
D es el diámetro del penetrador en mm
Di es el diámetro de la impresión en mm
HB [=] Kg/mm^2
Este ensayo no es aplicable y pa materiales frágiles, ya que su ductilidad es casi nula y
se fracturan
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Ensayos Mecánicos destructivos
Ensayo de Dureza:Ensayo de Dureza:
Dureza de Rockwell:
La maquina de ensayo mide automáticamente la prof ndidad de penetraciónprofundidad de penetración del indentador, la cual se convierte en un numero de dureza Rockwelldureza Rockwell.
No necesita una medición óptica
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Ensayos Mecánicos destructivos
Ensayo de Dureza:Ensayo de Dureza:
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Ensayos Mecánicos destructivos
Comparación de escalas deComparación de escalas de algunos ensayos de dureza
1 Macrodureza:Uso de fuerzas1. Macrodureza:Uso de fuerzas de > 2 N.
2. Microdureza:Dureza de2. Microdureza:Dureza de materiales con cargas menores a 2 N usando la prueba de Knoop (HK).p p ( )
3. Nano-Dureza:Dureza de los materiales medida de 1–10 nm de escala de longitud usando una escala de fuerzas muy pequena (~100 µN)
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Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Impacto: mide la habilidad del material a absorber la aplicación de una fuerza repentina sin rompersede una fuerza repentina sin romperse
Energía de Impacto: es la energía necesaria para fracturar un especimen estándar cuando la carga es aplicada repentinamente
Tenacidad al impacto: energía absorbida por un material, usualmente apuntado hacia una muesca, en las condiciones del ensayo de impacto
Tenacidad a la fractura: la resistencia de un material a fallar cuando el material presenta fallas.
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Ensayos Mecánicos destructivos
Propiedades que se obtienen del Ensayo de Impacto:p q y p
Temperatura de transición Dúctil – Frágil
Un material que será expuesto a fuerzas deexpuesto a fuerzas de
impacto, deberá tener una temperatura de impacto
inferior a la temperatura a lainferior a la temperatura a la que estará expuesto
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Ensayos Mecánicos destructivos
Ensayo de Fatiga: es la disminución de la dureza de un material debida a y gesfuerzos repetitivos, que pueden ser mayores o menores que el esfuerzo de cedencia
Las marcas de playa son patrones de marcas que suelen formarse en elLas marcas de playa son patrones de marcas que suelen formarse en el interior del material cuando se expone a cargas intermitentes y la grieta crece.
Pudo comenzar con una ralladura o picadura en la superficie del material
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Ensayos Mecánicos destructivos
Ensayo de Fatiga:y g
L tLa ruptura ocurre cuando la sección
transversal quetransversal que queda es
pequeña para soportar la cargasoportar la carga
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Ensayos Mecánicos destructivos
Ensayo de Fatiga:y g
Ensayo de viga rotatoria en voladizo:
Esfuerzo máximo: M es el momento Máximo y es F. (L/2)
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Ensayos Mecánicos destructivos
Ensayo de Fatiga:y g
Curva S-N (Curva Wöhler ): es una grafica que muestra el esfuerzo en funcion del numero de ciclos
.