1. Ing. Jorge Fredy Llano M

2. Propiedades mecánicas de los materiales
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3. Introducción
La industria moderna, en todos sus sectores productivos, está
exigiendo equipos y componentes mecánicos cada vez más
sofisticados, de ahí la necesidad de conocer, con razonable
profundidad, los materiales utilizados en su construcción.
El empleo de los materiales en la industria se basa
principalmente en sus propiedades, este es el punto de partida
en los procedimientos de selección de materiales.
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4. ¿Qué son propiedades, cómo se clasifican?
Son aquellas características que determinan la idoneidad de los materiales
para un determinado uso.
Las propiedades de los materiales pueden ser clasificadas en:
Mecánicas
Eléctricas
Térmicas
Magnéticas
Ópticas
De degradación (corrosión, oxidación, desgaste)
Físicas
Químicas
Tecnológicas
Económicas
Estéticas
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5. Esquema del enlace iónico
Esquema del enlace covalente
Esquema del enlace metálico
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6. Propiedades mecánicas de los materiales
Las propiedades mecánicas definen el comportamiento de un material cuando
se le sujeta a esfuerzos (mecánicos). Corresponden a las propiedades que en un
determinado material, determinan su capacidad de transmitir y resistir los
esfuerzos que le son aplicados sin romperse o sin que se verifiquen
deformaciones incontrolables
Tipos de esfuerzos mecánicos
Tensión
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7. Compresión
Flexión
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8. Cizallamiento
Torsión
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9. Tipos de esfuerzos mecánicos (modo de aplicación-
velocidad-)
Lenta y gradualmente (naturaleza estática): tracción, flexión,
torsión, etc.
Rápida (naturaleza dinámica, como un choque o impacto)
Cíclicos (la carga varía repetidamente, sea en valor o en
dirección). Ej. la fatiga.
Carga constante (carga aplicada durante un largo periodo). Ej. la
fluencia
Para tener una mejor visión del comportamiento de los
materiales cuando se sujetan a algún tipo de esfuerzo , se utilizan
los llamados ensayos mecánicos.
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10. Ensayos mecánicos
Son procedimientos estandarizados con base en normas técnicas.
Realizar un ensayo es someter un objeto ya fabricado o un material que va a
ser procesado industrialmente a situaciones que simulan los esfuerzos que
ellos van a soportar en las condiciones reales de uso, llegando a límites
extremos de solicitación.
ASTM - American Society for Testing and Materials
DIN - Deutsches Institut für Normung
AFNOR - Association Française de Normalisation
BSI - British Standards Institution
ASME - American Society of Mechanical Engineer
ISO - International Organization for Standardization
JIS - Japanese Industrial Standards
SAE - Society of Automotive Engineers
COPANT – Comisión Panamericana de Normas Técnicas
ICONTEC: Instituto Colombiano de Normas Técnicas
ABNT – Asociación Brasilera de Normas Técnicas
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11. ¿Dónde se realizan los ensayos?
Los ensayos pueden ser realizados en los talleres o en ambientes especialmente
equipados para esa finalidad: los laboratorios de ensayos
Pruebas de taller
Laboratorio de ensayos

12. Ensayos mecánicos
Los ensayos mecánicos pueden clasificarse como destructivos y no
destructivos.
Los ensayaos destructivos son aquellos que dejan alguna señal en la pieza o
cuerpo de prueba, la pieza o cuerpo queda inutilizado parcial o totalmente.
Ensayo de tracción;
Ensayo de flexión;
Ensayo de impacto;
Ensayo de dureza;
Ensayo de fatiga;
Ensayo de fluencia (“creep”).
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13. Ensayos mecánicos
Los ensayos no destructivos son aquellos que después de su realización no
dejan señales o marcas, por consiguiente las piezas no quedan inutilizadas, son
usados para detectar fallas en productos acabados o semiacabados (no
comprometen la integridad de la pieza).
Visuales
Líquido penetrantes
Partículas magnéticas
Ultra-sonido
Radiografía industrial
Tomografía
Microdureza
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14. Ensayo Condiciones del Magnitudes Propiedades
ensayo medidas determinadas
Tracción Temp. cte, Vel. De deformación Esfuerzo, Módulo de elasticidad, limite de
≈ Cte. Puede ser realizado en alargamiento, fluencia, límite de resistencia,
varias temperaturas. estricción. tensión de rotura, alargamiento
total y uniforme, límite elástico.
Flexión Temp. cte o Puede ser realizado Fuerza y deflexión Módulo de rotura a flexión
en varias temperaturas.
Dureza Temp. cte, generalmente la Fuerza y área, (o Dureza de acuerdo a la
ambiente. penetración) de la escala, HRC, HB, HV, etc
indentación
Fluencia La fuerza o tensión es aplicada Alargamiento y Resistencia a la fluencia y
cte. Temperatura Cte y alta. Tiempo tiempo de fluencia.
(Creep) Carga Cte. Puede ser realizado
en varias temperaturas.
Impacto Puede ser realizado en Energía Resistencia al impacto y
diferentes temperaturas. Alta absorbida por el temperatura de
velocidad de aplicación de
carga.
material. transición dúctil – frágil.
Fatiga Esfuerzos alternados Número de ciclos o Resistencia a la fatiga y
conteniendo tracción. Temp. vida del material. límite de fatiga.
Cte o Puede ser realizado en
varias temperaturas. Ing. Fredy Llano M 14

15. Conceptos de Tensión y de Deformación
 Ensayo de tracción:
 Tensión de ingeniería: σ = F/Ao
 Deformación de ingeniería:
δ = (lf - lo)/ lo = ∆l/ lo
a) Representación esquemática de
como una carga de tracción
produce un alargamiento.
b) Deformación por compresión
c) Deformación por esfuerzo cortante
d) Deformación debida a esfuerzos
de torsión
Las líneas ocultas representan el
cuerpo antes de la deformación.
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16. La máquina y el cuerpo de prueba del ensayo de tracción
La máquina de Ensayo:
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17. El cuerpo de prueba (probeta)
Observación: existen numerosas geometrías de probetas
(planas, cilíndricas, etc.) con diversas dimensiones.
Probeta de tracción con sección circular
Probetas de sección diferente a la circular
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18. Determinación de propiedades mecánicas a partir de
la curva de tracción ingenieríl
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19. Ensayo de tensión
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20. Ensayo de Tracción: La Curva de ingeniería y la Curva Real
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21. Diferentes estados de la fractura
durante un ensayo de tracción
(a) Cuello inicial. (b) formación
de pequeñas cavidades. (c)
agrupación de cavidades para
formar grietas. (d) propagación
de grietas. (e) fractura final por.
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22. Curvas de Tracción de materiales (Frágil, Dúctil y
Elastomérico)
Comportamiento de una
curva esfuerzo –
deformación para materiales:
frágiles (curva A), plástica
(curva B, y altamente
elásticos (elastómeros)
(curva c), polímeros
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23. El Ensayo de Flexión
Esquema del ensayo
de flexión en tres
puntos para medir el
comportamiento
esfuerzo-deformación
y la resistencia a la
flexión de materiales.
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24. Ensayo de flexión
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25. Datos de resistencia a la flexión (módulo de ruptura) y
módulo de elasticidad para 10 materiales cerámicos
comunes
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26. El Ensayo de Impacto
a) Probetas usadas para los (a)
ensayos de impacto( Izod y
Charpy)
b) Esquema de una máquina
para ensayo de impacto. El
martillo es soltado desde
una altura h fija y rompe la
probeta. La energía
gastada o absorbida por el
material, es relacionada
con la diferencia entre la
altura inicial h y final h’ del
martillo
(b)
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27. Las Curvas de Transición Dúctil-Frágil
Dependencia de la
temperatura sobre la
energía de impacto de una
probeta entallada (curva A)
y Porcentaje de la fractura
de corte (curva B) para un
acero estructural A283.
Influencia del porcentaje
de carbono sobre la
energía de impacto en
dependencia de la
temperatura de ensayo.
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28. Ensayo de impacto
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29. Ensayo de dureza
Dureza
Es una medida de la resistencia de un material a la
deformación plástica localizada (abolladura o
ralladura).
En estos ensayos se mide la profundidad o tamaño
de la huella resultante, lo cual se relaciona con un
numero de dureza; cuanto más blando es el
material, mayor y más profunda es la huella, y
menor es el número de dureza.
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30. Los diferentes ensayos de dureza
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31. Ensayo de dureza
Ing. Fredy Llano M 31

32. El Ensayo de fatiga
La fatiga es la rotura de componentes, bajo una carga bien inferior a la
carga máxima soportada por el material, debido a solicitaciones cíclicas
repetidas
Diagrama esquemático de una máquina de fatiga para realizar
ensayos de flexión rotatorios
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33. El Ensayo y las Curvas de fatiga
Amplitud del esfuerzo (S)
contra el logaritmo del
número de ciclos hasta la
falla por fatiga (N) para:
b) Un material que presenta
una fatiga límite y
c) Un material sin limite de
fatiga
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34. Fluencia y Curvas de fluencia
Fluencia (creep): Deformación permanente con el tiempo que
ocurre bajo esfuerzo. Para muchos materiales, el creep es
importante solo a altas temperaturas
Curva típica del Creep de
deformación vs tiempo a esfuerzo cte
y temperatura elevada cte. La mínima
tasa de creep ∆ε/∆t es la pendiente es
la pendiente del segmento de recta
en la región secundaria. El tiempo de
vida hasta la ruptura tr es el tiempo
total hasta que la probeta rompe
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35. Ensayo de fluencia
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36. Fluencia y Curvas de fluencia
Influencia del
esfuerzo σ y la
temperatura T sobre
el comportamiento al
creep.
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37. Bibliografía
 SMITH, F. WILLIAM. Fundamentos de la ciencia e ingeniería
de materiales, Mc GRAW-HILL, 1993.
 ASKELAND, La ciencia e ingeniería de materiales,
IBEROAMERICANA, 1987.
 SHACKELFORD, James F. Ciencia de materiales para
ingenieros, PHH, 1995.
 AVNER SIDNEY H, Introducción a la metalurgia física, Mc
GRAW-HILL, 1988.
 CALLISTER, William, Ciencia e Ingeniería de los materiales,
Vol. I y II. Mc Graw Hill.
 KEYSER CARL A, Técnicas de laboratorio para pruebas de
materiales, LIMUSA.
Ing. Fredy Llano M 37