Material de clase (propiedad Dr, Arturo Toscano)

1. 17/03/17 1

2. Para poder hacer la mejor selección y diseño, debemos tomar en cuenta la
compleja relación entre la estructura interna del material, la composición
química,y su procesamiento.Sin olvidar el costo.
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(A)
Composición
(C)
Síntesis y
procesamiento
Desempeño
Costo
(B)
Estructura

3. Átomo (distribución de electrones)
Arreglo atómico (tipo de enlace, tamaño
relativo de iones o átomos)
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4. La mayoría de los sólidos cristalinos son un conjunto de muchos cristales
pequeños o granos. Este tipo de material se denomina policristalino.
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5. Macrografía de una unión soldada. Aleación
Nb-10% Hf-10%W a 15X
Aleaciones multifásicas (tipo, distribución y
cantidad). Composito fibra de vidrio/resina
epóxica
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6. 17/03/17 6

7. 17/03/17 7
Figure. Commercial cast aluminum-silicon alloys. (a) Al-Si equilibrium diagram. (b) Microstructure of hypoeutectic
alloy (1.65-12.6 wt% Si). 150. (c) Microstructure of eutectic alloy (12.6% Si). 400. (d) Microstructure of hypereutectic
alloy (>12.6% Si). 150x

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Latón Cu-30%Zn. 100x Aleación de titanio. 200x Bronce al aluminio. 500x
Aleación de niobio. 65x Composito Al2O3-TiC. 1125x

9. 17/03/17 9

10. 17/03/17 10
Costo aproximado por volumen unitario para metales forjados y
plásticos, con relación al costo del acero al carbono

11. 17/03/17 11
Dr. José Arturo Toscano Giles
MECÁNICAS
Resistencia mecánica
Tracción
Compresión
Dureza
Ductilidad
Tenacidad
Fatiga
Fragilidad
Resiliencia
FÍSICAS
Eléctricas
Conductividad
Resistividad
Térmicas
Calor específico
Conductividad térmica
Temperatura de fusión
Magnéticas
OPTICAS
Reflexión
Refracción
QUÍMICAS
Corrosividad
Oxidabilidad
Aleabilidad

12. 17/03/17 12
Dr. José Arturo Toscano Giles
TECNOLÓGICAS
Colabilidad
Forjabilidad
Soldabilidad
Maquinabilidad
SENSORIALES
Tacto: Textura: rugosidad de la superficie, tamaño, forma, peso, dureza
Vista: transparencia, opacidad y translucidez, color, brillo
Olfato: Olor (de una madera aromática)
Gusto: Sabor (de una taza de barro)
Oído: Puede darnos una idea de la rigidez y estructura del objeto
ECOLÓGICAS
Potencialidad contaminante del material
Carácter tóxico o peligroso
Destrucción del medio ambiente
producida por su uso
Biodegradabilidad
Reutilización o reciclclaje

13. üResistencia a la tensión
üDureza
üImpacto
üFatiga
üTermofluencia
Muchos materiales cuando están en servicio están sujetos a fuerzas o cargas. En
tales condiciones es necesario conocer las características del material para diseñar
el instrumento donde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a
estar sometido no sean excesivos y el material no se fracture.
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14. La capacidad de un material para soportar una carga estática puede determinarse
mediante una prueba de tensión o compresión.
Esta prueba es quizá la más útil de todas las pruebas empleadas para evaluar
propiedades mecánicas.
Un ella una muestra estandarizada se estira a una velocidad constante,
midiéndose como variable dependiente la carga necesaria para producir una
elongación específica.
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15. El esfuerzo ingenieril, σ0, se define como la razón de la carga aplicada a la muestra,
P , a la sección transversal original de la muestra, A0:
La deformación ingenieril, ε, de define como la razón del cambio en longitud de la
muestra, l-l0, Δl, a su longitud original, l0:
0
0
P
A
σ =
0
0 0
l l l
l l
ε
− Δ
= =
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16. Los materiales sólidos se deforman sometiéndolos a una carga externa. Hasta
cierto límite (límite de proporcionalidad o límite elástico), el sólido recobra sus
dimensiones originales cuando se le descarga.
La recuperación de las dimensiones original al eliminar la carga es lo que
caracteriza al comportamiento elástico.
El límite elástico es tomado como el máximo valor de esfuerzo a que un
material debe ser sometido para su selección y aplicación en ingeniería.
Un cuerpo que se ha deformado permanentemente se dice que ha sufrido una
deformación plástica
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17. Límite elástico, esfuerzo de fluencia o cedencia:
Es el esfuerzo al cual la deformación plástica se hace importante. Es el esfuerzo que divide
los comportamientos elástico y plástico del material.
En algunos materiales, el esfuerzo al cual el material cambia su comportamiento de elástico
a plástico no se detecta fácilmente. En este caso, se determina un esfuerzo de fluencia
convencional.
Se traza una línea paralela a la porción elástica de la curva, pero desplazada a 0.002in/in
(0.2%) del origen hasta intersectar la curva esfuerzo- deformación.
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18. Módulo de elasticidad, rigidez o de Young:
Es la función tangente de la curva de proporcionalidad
Este módulo está íntimamente relacionado con la energía de enlace de los átomos.
Una pendiente muy acentuada o abrupta en la gráfica fuerza-distancia en la zona de
equilibrio indica que se requieren de grandes fuerzas para separar los átomos y hacer que
el material se deforme elásticamente. Por lo tanto, el material tiene un módulo de
elasticidad alto
Ley de Hooke
E
σ
ε
=
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19. Resistencia a la tensión:
Es el esfuerzo obtenido de la fuerza más alta aplicada, que es el esfuerzo máximo sobre
la curva esfuerzo-deformación ingenieril.
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20. Ductilidad:
Mide el grado de deformación que puede soportar un material sin romperse. Se puede
medir la distancia entre las maras calibradas en una probeta antes y después del ensayo.
El % de elongación representa la distancia que la probeta se alarga plásticamente antes
de la fractura:
% de elongación
0
0
100fl l
l
−
= ×
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21. Resiliencia:
DEFINIMOS EL MÓDULO DE RESILIENCIA, O RESILIENCIA ELÁSTICA DE UN MATERIAL, A LA
ENERGÍA ABSORBIDA POR ESTE DURANTE LA DEFORMACIÓN ELÁSTICA, LA CUAL PUEDE
RECUPERARSE AL DESCARGAR EL MATERIAL. ESTE VALOR ES LA ENERGÍA POR UNIDAD DE
VOLUMEN REQUERIDA PARA LLEVAR EL MATERIAL DESDE UN ESFUERZO NULO HASTA EL
VALOR DE ESFUERZO DE FLUENCIA O LIMITE ELÁSTICO
ES REPRESENTADA POR EL AREA BAJO LA CURVA EN LA REGION ELASTICA EN LA CURVA
ESFUERZO-DEFORMACION
Modulus of Resilience, Ur, can be calculated using the
following formula:
where σ is yield stress, E is Young's modulus, and ε is strain.
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22. Tenacidad:
ES LA HABILIDAD PARA ABSORBER ENERGÍA DURANTE LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA,
CAPACIDAD PARA SOPORTAR ESFUERZOS OCASIONALES SUPERIORES AL ESFUERZO DE
FLUENCIA, SIN QUE SE PRODUZCA LA FRACTURA, PROPIEDAD DE GRAN VALOR EN PIEZAS
QUE SIRVEN DE ACOPLAMIENTO EN VAGONES, ENGRANAJES, CADENAS Y GANCHOS DE
GRÚAS.
LA TENACIDAD EN UN CONCEPTO COMÚNMENTE UTILIZADO, PERO DIFÍCIL DE MEDIR Y
DEFINIR. LAS FORMAS DE CONCRETAR EL CONCEPTO ES CALCULAR EL ÁREA BAJO LA
CURVA DE ESFUERZO VS DEFORMACIÓN, O MEDIANTE ENSAYOS DE IMPACTO.
LA TENACIDAD ES UN PARÁMETRO QUE INVOLUCRA LA RESISTENCIA MECÁNICA Y LA
DUCTILIDAD. EXISTEN ECUACIONES CON APROXIMACIONES MATEMÁTICAS PARA
CALCULAR EL ÁREA BAJO LA CURVA ESFUERZO VS DEFORMACIÓN.
Toughness is measured in units of joules per cubic metre (J/m³) in the SI system and inch-
pound-force per cubic inch (in·lbf/in³) in US customary units.
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23. 17/03/17 23

24. 17/03/17 24

25. 17/03/17 25

26. 17/03/17 26

27. 17/03/17 27

28. 17/03/17 28

29. 17/03/17 29
Carga [lb]
Longitud calibrada
[in]
Área [in2
]
Esfuerzo
[lb/in2
]
Deformación
[in/in]
0.0 2.000 0.1964 0.0 0.0000
1000.0 2.001 0.1964 5092.9 0.0005
3000.0 2.003 0.1964 15278.8 0.0015
5000.0 2.005 0.1964 25464.7 0.0025
7000.0 2.007 0.1964 35650.6 0.0035
7500.0 2.030 0.1964 38197.1 0.0150
7900.0 2.080 0.1964 40234.3 0.0400
8000.0 2.120 0.1964 40743.6 0.0600
7950.0 2.160 0.1964 40488.9 0.0800
7600.0 2.205 0.1964 38706.4 0.1025
Convierta los datos de carga-longitud calibrada que aparecen en la tabla
siguiente a esfuerzo-deformación ingenieriles y grafique la curva esfuerzo
deformación. Determine: E, Y, y UTS.

30. 17/03/17 30

31. Convierta los datos de carga-longitud calibrada que aparecen en la tabla
siguiente a esfuerzo-deformación ingenieriles y grafique la curva esfuerzo
deformación. Determine: E, Y, y UTS.
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32. De las pruebas de dureza se deduce la resistencia de un
material a deformarse permanentemente.
El ensayo de dureza mide la resistencia de la superficie
de un material a la penetración de un objeto duro.
Existen diversidad de pruebas de dureza, paro las de uso
más común son:
Ensayo Rockwell,
Ensayo Brinell y
Ensayo Vickers.
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33. El ensayo de dureza Brinell, se realiza de acuerdo a la norma ASTM E 10. En el
ensayo una esfera de acero duro se oprime sobre la superficie del material. Se
acostumbra usar una bola de 10 mm y una carga de 3000kg, para metales duros,
1500kg para metales de dureza intermedia y 500 kg para materiales suaves.
Se mide el diámetro de la impresión generada y se calcula el número de dureza o
índice de dureza Brinell a partir de la siguiente ecuación:
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34. 17/03/17 34

35. 17/03/17 35

36. 17/03/17 36

37. (Figura).
17/03/17 37

38. 17/03/17 38

39. 17/03/17 39

40. 17/03/17 40

41. 17/03/17 41
Resistencia vs Densidad

42. 17/03/17 42
Modulo de Young vs Densidad

43. 17/03/17 43
Resistencia a la Tensión vs Costo Relativo

44. 17/03/17 44
Conductividad térmica vs Resistividad Eléctrica

45. 17/03/17 45
Conductividad térmica vs Difusividad Térmica

46. 17/03/17 46
Resistencia a la Tensión vs Máxima Temperatura de Servicio

47. 17/03/17 47
Velocidad de Desgaste vs Dureza

48. 17/03/17 48
Aplicaciones de Metales y Aleaciones

49. 17/03/17 49
Aplicaciones de Polímeros

50. 17/03/17 50
Aplicaciones de Compuestos