INTRODUCCIÓN AL COMPORTAMIENTO
MECÁNICO DE MATERIALES
Propiedades
Tenacidad(una forma de entenderla)
Propiedades Mecánicas
Diagrama tensión vs. deformación
Deformacióne (%)
Tensión (MPa)
Resistencia yPlasticidad
def
orm
aci
ón
(tensión)
(tensión)
Material
Deformación PlásticaDeformación Elástica
Propiedades Mecánicas
Tensión (MPa)
Diagrama tensión vs. deformaciónResistencia yPlasticidad
Ensayo de Tracción Uniaxial
Objetivo: Determinar propiedades mecánicas estáticas de materiales solicitados en tracción.
Ensayo de tracción
Máquina Universal de Ensayos
Límite de Fluencia
Valores a Reportar
• Límite de Fluencia sy (MPa)
• Resistencia a la tracción sET (MPa)
• Módulo de elasticidad E (GPa)
• Deformación ingenieril a rotura er (%)• Reducción de área a rotura Ar (%)
Efecto de la Temperatura
Tipos de Fractura
Fractura dúctil: copa y cono Fractura frágil
Fractura Copa y Cono
Fractura Dúctil
Comportamiento Mecánico- Cerámicos
Módulo de Rotura - Cerámicos
Comportamiento Mecánico- Polímeros
Dureza
Dureza
Ensayo No destructivo
Se evalúa la resistencia de un material a ser indentado por otro.
• Se aplica una carga a un penetrador sobre el material que se quiere caracterizar y se mide el tamaño de la huella. Máquina se llama durómetro
Los indentadores pueden ser Esferas Pirámides Conos• Se puede estimar la resistencia a la tracción.
Algunas de las escalas más empleadas son:
• HBN (Hardness Brinell Number)
• HRA, HRB, HRC, .. (Hardness Rockwell series A, B, C, ...)
• HVN (Hardness Vickers Number)• HK (Hardness Knoop)
Ensayo BRINELL
Indentador: Esfera de 10mm de acero con carburo de
tungsteno.Carga: 3000kg
HBN =
Donde:P: cargaD: diámetro de las esferad: diámetro de la impronta
Ensayo ROCKWELL A, C, D (HRA, HRC, HRD)
Indentador: Cono de diamante.
Cargas: PA = 60 Kg PC = 150 KgPB = 100 Kg
Formula: HRA, HRC, HRD = 100 - 500t
Ensayo VICKERS
Indentador: Pirámide de diamante
• HVN = 1,854
Durómetros
INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE LA FRACTURA
Objetivo: Estudiar el comportamiento de los materiales cuando se encuentra sometido a un estado de tensiones en presencia de defectos
Un caso clásico de fractura rápida (frágil). Tanker T-2 USS Schenectady, con la nave en puerto, amarrada
y descargada.
Triaxialidad- Concentración de tensiones
Las discontinuidades (defectos) planares se caracterizan por ser eficaces concentradores de tensión. La concentración de líneas de fuerza en los extremos del defecto de la figura ilustra este concepto
Concentración de Tensiones
Factor de concentración de tensiones
Kt=smax/ s n = 1 + 2 (a/r)1/2
El enlace AB puede estirarse más que el CD sólo si existe un estiramiento (y por lo tanto una tensión de tracción), según los enlaces AC y BD. La existencia de la fisura crea no sólo una elevada tensión en la dirección y, sino también una tensión de tracción en la dirección de x. Un razonamiento análogo nos conduce a la existencia de una tensión de tracción en la dirección del espesor. Existe entonces un estado de triaxialidad de tensiones en el vértice de una fisura o entalla severa.
Ensayo de Impacto
-Alta velocidad de deformación
- Estado triaxial de tensiones
- Efecto de la temperatura
CURVAS TIPICAS DE TRANSICION DUCTIL-FRAGIL INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DE
APLICACIÓN DE LA CARGA
ENERGIAS ABSORBIDAS PARA DISTINTOS MATERIALES EN FUNCION DE LA
TEMPERATURA
EXPANSION LATERAL EN PROBETAS CHARPY
PORCENTAJE DE CRISTALINIDAD EN PROBETAS CHARPY
La fractura dúctil se produce por rotura plástica de los ligamentos entre partículas
La fractura frágil se produce por separación de planos atómicos bajo tensiones normales
Criterio de Griffith (1921)
• Condiciones– Placa Infinita– Espesor unitario– Fisura elíptica– Material elástico
Lineal– Longitud fisura 2a– Control de
desplazamiento
Mecánica de Fractura Lineal Elástica
ENSAYO DE PROBETAS DE FLEXION EN TRES PUNTOS (SENB) Y DE PROBETA COMPACTA (CT) INSTRUMENTADAS CON CLIP GAUGES
Fractotenacidad
Introducción a la Fatiga
Objetivo: Estudio de la nucleación y crecimiento estable de fisuras con cargas cíclicas
Superficie de fractura
Curvas de WholerFatiga de Alto Ciclo (HCF), controlada por tensión Ec. Basquin: Nf a
n = A
Ley de Paris:
da/dN=C DKm
Crecimiento de una
fisura por fatiga
(estado II)
Nucleación y crecimiento de fisuras por fatiga
Fractografía SEM
Estrías en Ti
Introducción al Creep
Objetivo: estudio de los mecanismos de deformación actuantes a alta temperatura, a carga constante
Resistencia vs. Temperatura
Ensayos de creep
Carga constante a una barra en tracción o compresión a la temperatura de interés. (Norma ASTM E-139)
La tensión verdadera no se mantiene constante
CreepDeformación plástica de los materiales en función del tiempo, temperatura y velocidad de deformación a tensión constante
Velocidad de deformación vs. Deformación
Tiempo a rupturaEl parámetro usualmente empleado para caracterizar la resistencia al creep de materiales metálicos en ensayos de corta duración (1000 hs o menos) es el tiempo a ruptura tr, para una dada tensión ingenieril y temperatura.
En un ensayo de tensión verdadera constante la etapa III difiere notablemente respecto de un ensayo a carga constante (2000-10000 hs o más). En estos ensayos el parámetro más importante es la velocidad de deformación estacionaria mínima
Mecanismos de Deformación
Creep vs Oxidación
Superplasticidad
Efecto de la velocidad de deformación y tamaño de grano
Deformación a rotura (Hasta 8000%)
Oxidación
Corrosión
Curva de polarización anódica
Reacciones anódicas
Reacciones catódicas
Desgaste
PVolumen
S, distancia (m)
v
Area, A
P1
P2
W = KA A P
Desgaste es la pérdida de material de las superficies deslizantes. La resistencia al desgaste es medida por intermedio de la constante Archard de desgaste KA