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La tenacidad de la fractura para deformaciones planas kIC es una propiedadfundamental de los materiales que dependen de mu...
, que es el número de ciclos para causar la rotura a un nivel específico deesfuerzos.IMAGEN 2. MUESTRA LA AMPLITUD DE ESFU...
Los comportamientos de fatiga aquí representados pueden clasificarse en dosdominios. Uno se asocia con cargas relativament...
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4. COEFICIENTE DE EXPANSIÓN TÉRMICA:Es una propiedad térmica que se define como el cambio en la longitud porunidad de camb...
Magnesio 154Aleaciones de magnesio 75-138Níquel 92Aleaciones de níquel 12-63Titanio 17Aleaciones de titanio 8-127. CHOQUE ...
separar sus átomos. El punto de fusión de una sustancia pura es siempre másalto y tiene una gama más pequeña de variación ...
La tempera de res cristalización, corresponde a la temperatura aproximada a lacual un material altamente trabajo en frio s...
costo directo de la corrosión solo en Estados Unidos se ha estimado en 275 milmillones de dólares anuales, que son aproxim...
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  1. 1. DEFINICIONESJENNIFER DIAZ REYESDANIEL ALBEIRO MONTENEGROJOHN ALEXANDER REYES G.MICHAEL VIVAS SANCHESPRESENTADO A:JAVIER BECERRAFUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA – UNIAGRARIAMATERIALES DE INGENIERIAPROGRAMA INGENIERIA INDUSTRIAL VBOGOTA D.C.2013
  2. 2. 1. TENACIDAD A LA FRACTURALa tenacidad a la fractura mide la capacidad de un material que contiene unaimperfección para resistir una carga aplicada. Para esto no se requiere una altavelocidad de deformación (impacto).(DONALD.R)( 1Ciencia e ingeniería de los materiales 4 edición Donald R Askelan- Pradeep P Phulé Capitulo 6 Propiedades yComportamiento mecánico- 6.10 Mecánica de la fractura Pag. 264 – 267)Empleando los principios de la mecánica de la fractura, se ha desarrollado unaexpresión que relaciona el esfuerzo critico para la propagación de la grieta, conla longitud de la grieta (a) de dondeEn esta expresión K es la tenacidad de la fractura, una medida de la resistenciadel material a la fractura frágil cuando está presente una grieta. Cabe hacernotar que k tiene las unidades poco comunes de MPa o psi. Aun mas, Y esuna parámetro o función a dimensional que depende del tamaño y de la formageométrica de la grieta y de la probeta, así como de la forma de aplicación dela carga.En relación con este parámetro Y, en probetas planas que contienen grietasmucho más cortas que el ancho de la probeta Y tiene un valor aproximado a launidad.Mientras que para una placa de ancho semiinfinito que contenga una grieta enel borde de longitud Y=1.1. se han determinado expresiones matemáticas de Ypara las diferentes geometrías de grieta en la probetas; a menudo estasexpresiones son relativamente complejas.Sin embargo cuando el espesor de la probeta es mucho mayor que lasdimensiones de la grieta K, se vuelve independiente del espesor, momento enel cual se dice que existe la condición de deformación plana. Por deformaciónplana se entiende que cuando una carga actúa sobre una grieta, no habráningún componente de deformación perpendicular a las caras anteriores yposteriores. El valor de K, para estas probetas gruesas se conoce comotenacidad de fractura en deformaciones planas o K que también está definidoporLos materiales frágiles, en los cuales no es posible una deformación plásticaapreciable frente a una grieta que avanza, tienen valores pequeños de kIC yson vulnerables a la rotura catastrófica. Por otra parte, los valores kIC sonrelativamente grandes para los materiales dúctiles.
  3. 3. La tenacidad de la fractura para deformaciones planas kIC es una propiedadfundamental de los materiales que dependen de muchos factores, entre los quemás influyen son la temperatura, la velocidad de deformación y la microestructura.Se utilizan diferentes técnicas de ensayo para medir kIC prácticamente puedeutilizarse cualquier tamaño y forma de probeta consistente con eldesplazamiento de la grieta en el modo I. (MIRATE .J, 2007)IMAGEN 1, MUESTRA EL LIMITE ELASTICO Y TENACIDAD DE FRACTURA A TEMPERATURA AMBIENTE.FUENTE: ADVANCE MATERIALS AND PROCESES; 19902. RESISTENCIA A LA FATIGAEs definida como el nivel de esfuerzos el cual ocurrirá la rotura en un numeroespecifico de ciclos (por ejemplo, ciclos). Otro parámetro importante quecaracteriza el comportamiento de un material a la fatiga es la vida de la fatiga
  4. 4. , que es el número de ciclos para causar la rotura a un nivel específico deesfuerzos.IMAGEN 2. MUESTRA LA AMPLITUD DE ESFUERZOS VS EL NUMERO DE CICLOS HASTA LA ROTURA DE LAFATIGA, EN EL (B) MUESTRA UN MATERIAL QUE NO PRESENTA FATIGA.
  5. 5. Los comportamientos de fatiga aquí representados pueden clasificarse en dosdominios. Uno se asocia con cargas relativamente grandes que no soloproducen deformación elástica sino también cierta deformación plástica duranteun ciclo. En consecuencia, las vidas a fatiga son relativamente cortas; estedominio se denomina fatiga de bajo número de ciclos (oligofatiga) y se presentaa menos de aproximadamente a ciclos.( Kalpakjian.S).3. DUREZASe considera una medida de la resistencia de un material a la deformaciónplástica localizada (por ejemplo, una pequeña abolladura o ralladura). Losprimeros ensayos de dureza se basan en el comportamiento de algunosmateriales y tomaban como punto de referencia una escala creadaconsiderando solo la capacidad de un material para rayar a otro más blando. Laescala de Mohs es un método cualitativo un tanto arbitrario para catalogar ladureza que tiene valores desde1, en el extremo blando para el talco, hasta 10para el diamante. A lo largo de los años se han desarrollado técnicascuantitativas de dureza basadas en un pequeño penetrador que es presionadosobre la superficie del material a ensayar en condiciones controladas de cargay velocidad de aplicación de la carga. En estos ensayos se mide la profundidado tamaño de la huella o hendidura resultante, que se relaciona con un numerode dureza; cuanto más blando es el material, mayor y más profunda es lahuella, y menor el numero de dureza. Los valores de dureza medidos sonrelativos (no absolutos), y es necesario tener precaución al comprar durezasobtenidas por técnicas distintas.Los ensayos de dureza se realizan con mucha mayor frecuencia que cualquierotro ensayo mecánico por varias razones1. Son sencillos y baratos; por lo común no es necesario preparar unaprobeta especial y la máquina de ensayos es relativamente de bajocosto.2. El ensayo no es destructivo, la probeta no se fractura ni se deformaexcesivamente, la única deformación es una pequeña huella.3. A partir de los resultados de dureza, se pueden estimar otraspropiedades mecánicas como la resistencia a la tracción.ENSAYOS DE DUREZA ROCKWELLEl ensayo de dureza Rockwell constituye el método más utilizado para medir ladureza debido a que es muy simple de llevar a cabo u no requiere habilidadesespeciales. Se pueden utilizar diferentes escalas que proceden del empleo dedistintas combinaciones de penetradores y cargas, lo cual permite ensayarprácticamente cualquier metal o aleación (así como algunos polímeros).Los
  6. 6. penetradores pueden ser bolas esféricas de acero que tienen diámetros de1/16´ , 1/8’ , ¼’ y ½ pul (1.588, 3.175, 6.350 y 12.70mm) o ser un penetradorcónico de diamante (Brale), el cual se utiliza para los materiales más duros.Con este sistema se determina un número de dureza a partir de la diferencia deprofundidad de penetración que resulta al aplicar primero una carga inicialpequeña y después una carga mayor, el empleo de la carga pequeña aumentala exactitud de la medida. Basándose en la magnitud de las cargas mayores ymenores, existen dos tipos de ensayos: Rockwell y Rockwell superficial. En elensayo Rockwell, la carga menor es de 10 kg, mientras que las cargasmayores son de 60,100 150 kg. Cada escala está representada por una letradel alfabeto; en las tablas 6.4 y 6.5 se indican varias de estas escalas juntocon los penetradores y cargas correspondientes. En los ensayos superficiales,la carga menor es de 3 kg mientras que el valor de la carga mayor puede serde 15.30 0 45 kg. Estas escalas se identifican mediante un numero (15,30 0 45según la carga) seguidos por una letra (N, T, W, X o Y, según el penetrador). (Kalpajian. S)IMAGEN 3. MUESTRA LAS DIFERENTES TECNICAS Y ENSAYOS DE DUREZA.
  7. 7. 4. COEFICIENTE DE EXPANSIÓN TÉRMICA:Es una propiedad térmica que se define como el cambio en la longitud porunidad de cambio de longitud original de un material cuando un materialaumenta 1 ºK; es decir que las dimensiones de un material están relacionadoscon la temperatura, estos cambios de dimensiones según la temperatura noson significativos, en pequeñas dimensiones, pero en grandes puede sermotivo de restricciones en grandes estructuras como puentes o edificios., en laaparte industrial el coeficiente de expansión térmica se utiliza muchas vecespara hacer encajar una pieza en otra. (MIKELL.P.1997).5. CALOR ESPECÍFICOEl calor específico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masapara elevar la temperatura un grado Celsius. La relación entre calor y cambiode temperatura, se expresa normalmente en la forma que se muestra abajo,donde c es el calor específico. Esta fórmula no se aplica si se produce uncambio de fase, porque el calor añadido o sustraído durante el cambio de faseno cambia la temperatura.Cuanto mayor es el calor específico de una sustancia, mas energía es precisotrasferir o quitar para cambiar su temperatura, es decir una sustancia conmayor calor especifico tienes más capacidad de guardar calor. (AnthonyWilson.1998)6. CONDUCTIVIDAD TERMICA:Indica la velocidad a la que fluye el calor dentro y a través de un material. Losmaterials unidos por enlaces metálicos (metales) poseen en general altaconductividad térmica, en cambio los unidos por enlaces iónicos o covalentes(plásticos y cerámicos) tienen una conductividad baja. Debido a la grandiferencia de sus conductividades térmicas internas, es posible que loselementos de aleación tengan un efecto significativo en la conductividad(Kalpajian. S), térmica de las aleaciones, como se puede ver al compararlosmetales con sus aleaciones en la siguiente tabla.Material Conductividad térmica (W/m K)Aluminio 222Aleaciones de aluminio 121-239Cobre 393Aleaciones de cobre 29-234Plomo 35Aleaciones de plomo 24-46
  8. 8. Magnesio 154Aleaciones de magnesio 75-138Níquel 92Aleaciones de níquel 12-63Titanio 17Aleaciones de titanio 8-127. CHOQUE TERMICO :Los esfuerzos que causan la fractura de los materiales frágiles puedenintroducirse tanto térmica como mecánicamente, cuando se enfría rápidamenteuna pieza de material, se produce un gradiente de temperatura. Este gradientepuede causarDiferentes cantidades de contracción en áreas distintas. Si los esfuerzosresiduales tensiles son lo suficientemente elevados, los defectos puedenpropagarse y causar la falla. Un comportamiento similar puede presentar si secalienta rápidamente un material. El choque térmico es la falla de materialcausada por esfuerzos inducidos por cambios en la temperatura. Elcomportamiento del choque térmico se ve afectado por varios factores:Coeficiente de expansión térmica: Un coeficiente bajo minimiza loscambios dimensionales y reduce la capacidad de resistir el choquetérmico.Conductividad térmica: la magnitud del gradiente de temperatura quedadeterminada en parte por la conductividad térmica del material. Unaconductividad térmica elevada ayuda a la transferencia del calor yreduce con rapidez las diferencias de temperatura con el material.Módulo de elasticidad: Un módulo de elasticidad bajo permite laabsorción de deformaciones mayores.Esfuerzo a la fractura: Un esfuerzo elevado requerido para la fracturapermite la absorción de deformaciones mayores.Transformaciones de fase: Pueden presentarse cambios dimensionalesadicionales debido a las transformaciones de fase.Un método para medir la resistencia al choque térmico consiste en determinarla máxima diferencia de temperatura que se puede tolerar durante un templadosin afectar las propiedades mecánicas del material.(Donald. Askelan)8. TEMPERATURA DE FUSION:El punto de fusión o la temperatura de fusión es la temperatura a la cual unasustancia pasa del estado sólido al estado líquido, o a la inversa. Latemperatura de fusión de un material depende de la energía requerida para
  9. 9. separar sus átomos. El punto de fusión de una sustancia pura es siempre másalto y tiene una gama más pequeña de variación que el punto de fusión de unasustancia impura. Cuanto más impura sea, más bajo es el punto de fusión ymás amplia es la gama de variación. Eventualmente, se alcanza un punto defusión mínimo. El cociente de la mezcla que da lugar al punto de fusión posiblemás bajo se conoce como el punto eutéctico, perteneciente a cada átomo detemperatura de la sustancia a la cual se someta a fusión.El punto de fusión de un compuesto puro, en muchos casos se da con una solatemperatura, ya que el intervalo de fusión puede ser muy pequeño (menor a1º). En cambio, si hay impurezas, éstas provocan que el punto de fusióndisminuya y el intervalo de fusión se amplíe (Kalpajian. S), Por ejemplo, elpunto de fusión del ácido benzoico impuro podría ser:pf = 117° – 120º.9. Temperatura de transición vitreaLa Temperatura de transición vítrea (Tg) es la temperatura a la que se da unaseudotransición termodinámica en materiales vítreos, por lo que se encuentraen vidrios, polímeros y otros materiales inorgánicos amorfos. Esto quiere decirque, termodinámicamente hablando, no es propiamente una transición. La Tgse puede entender de forma bastante simple cuando se entiende que en esatemperatura el polímero aumenta su densidad, dureza y rigidez, además suporcentaje de elongación disminuye de forma drástica.Se entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundidoy el estado rígido del material. El estudio de Tg es más complejo en el caso depolímeros que en de cualquier otro material de moléculas pequeñas.Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las moléculas son mucho másdébiles que el movimiento térmico de las mismas, por ello el polímero se tornagomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de deformación plástica sinfractura. Este comportamiento es específico de polímeros termoplásticos y noocurre en polímeros termoestables.( Michael F.)10.Temperatura de recristalizacion:RECRISTALIZACIONSi un metal previamente deformado en frío, es recocido a temperaturasuficientemente alta, (temperatura de re cristalización), aparecen nuevoscristales en la micro estructura, los que tienen idéntica composición y estructurareticular que los antiguos granos no deformados. Estos nuevos cristalessurgen en zonas con alta densidad de dislocaciones, en dislocaciones.La fuera impulsora de la re cristalización proviene de la energía almacenadaen el trabajo en frio.
  10. 10. La tempera de res cristalización, corresponde a la temperatura aproximada a lacual un material altamente trabajo en frio se recristaliza por completo en unahora, la re cristalización es un proceso que se desarrolla por nucleacion ycrecimiento, los sitios de nucleacion preferenciales y donde se forman losnuevos granos son las regiones más deformadas, como bordes de granos,planos de deslizamiento y en zonas de alta energía como precipitados desegunda fase y también entrono a inclusiones no metálicas.( R.A kohser)11. OxidaciónLos materiales de todos los tipos pueden reaccionar con el oxigeno y conotros materiales, estas reacciones pueden, igual que la corrosión, alterar lacomposición, propiedades y integridad de un material. Metales como aluminioy titanio reaccionan con gran facilidad con el oxigeno, es decir a la oxidaciónes el proceso químico el cual tiene un material cuando interactúa con eloxigeno.En los metales la reacción crea oxido en la superficie, la facilidad con la queun metal se oxida viene dada por la energía libre estándar de formación parael oxido, la siguiente figura muestra las diferentes capacidades de algunosmetales para oxidarse, según su energía libre de oxidación.La tendencia de reaccionar con el oxigeno se puede cunatificar conlasiguiente ecuación . (S.Kalpajian.)12.Corrosión:Deterioro de los metales y los cerámicos, en tanto en fenómenos similares enlos plásticos suelen denominarse degradación. La corrosión no solo lleva aldeterioro de la superficie de los componentes y estructuras (embarcaciones ypuentes), sino que también reduce su Resistencia e integridad estructural. El
  11. 11. costo directo de la corrosión solo en Estados Unidos se ha estimado en 275 milmillones de dólares anuales, que son aproximadamente 3% del productointerno bruto. Los costos indirectos de la corrosión se estiman en el doble deesta cantidad.La resistencia a la corrosión es un aspecto importante en la selección demateriales para las industrias química, alimentaria y del petróleo, así como enlas operaciones de manufactura. Edemas de las posibles reacciones químicasde los elementos y compuestos presentes, causan inquietud a la oxidación delmedio ambiente y la corrosión de los componentes de las estructuras, sobretodo a temperaturas elevadas.También, esta depende de la composición del material y del medio ambiente enparticular. Los medios corrosivos pueden ser productos químicos (álcalis,ácidos y sales), el entorno (humedad, oxigeno, lluvia acida y contaminación) yel agua (dulce o salada). En general, los metales no ferrosos, los acerosinoxidables y los materiales no metálicos tienen una alta resistencia a lacorrosión, en tanto que los aceros y los hierros fundidos suelen tener unaresistencia menor y deben protegerse mediante diversos recubrimientos ytratamientos superficiales. En muchos otros caso la corrosión puede serbeneficiosa para el procesamiento de alguno s productos, por ejemplo unproceso conocido como pulido químico utiliza la corrosión y erosión similar aun proceso de electro químico de disolución.( S. Kalpajian.)BIBLIOGRAFIAS. Kalpakjian. S. R. Schmid. Manufactura, ingeniería y tecnología.Quinta edición. Capítulo 2. Comportamiento mecánico, ensayos ypropiedades de manufactura de los materiales. 2.10. Pág. 70,93,109,950.Mikell P. Fundamentos de Manufactura Moderna: Materiales, ProcesosY Sistemas. Editorial. pearson, 1997 pg 755Física Escrito por Jerry D. Wilson, Anthony J. Buffa. Pg 195.Manufactura, ingeniería y tecnología. Quinta edición. S. Kalpajian. S. R.Schmidt. Capítulo 3. Propiedades físicas de los materiales. 3.5.Conductividad térmica. Pág. 107Ciencia e ingeniería de los materiales 4 edición Donald R Askelan-Pradeep P Phulé Capitulo 21 Propiedades térmicas de los materiales -21-4 Choque térmico Pág. 934.Manufactura, Ciencia y Tecnología Serope Kalpajian – Steven Smith.Punto de fusión Capitulo 3/ Propiedades de los materiales Pagina 94.Michael F. Ashby. Materiales para ingeniería 1. Introducción a laspropiedades Volumen 1, pg. 203Materiales y Procesos de Fabricación R.A kohser segunda edición,editorial revetre; 2002.

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