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  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA RESISTENCIA DE LOS MATERIALES PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES Ing. Vicente Díaz P. Marzo 2014 1
  2. 2. CONTENIDO Definición de esfuerzo. Definición de deformación. Deformación unitaria. El ensayo de tracción. Diagrama esfuerzo-deformación unitario. Definición del límite de fluencia. Definición de la resistencia última. Definición de la resistencia a la ruptura. El diagrama real. Alteración de los diagramas esfuerzo-deformación. Modulo de elasticidad. Elasticidad. Plasticidad. Ductilidad. Fragilidad. Relación de Poisson. Esfuerzo de trabajo. Factores de seguridad. Definición de falla: por deformación, falla por fatiga, falla por creep, falla por carga de impacto.
  3. 3. Esfuerzo Es la razón de una fuerza aplicada “F” al área “A” sobre la que actúa: Deformación Es el cambio relativo en las dimensiones o forma de un cuerpo como resultado de un esfuerzo aplicado: Ejemplos: Cambio en longitud por unidad de longitud; cambio en volumen por unidad de volumen.
  4. 4. Esfuerzo y deformación longitudinales Para alambres, varillas y barras, existe un esfuerzo longitudinal F/A que produce un cambio en longitud por unidad de longitud. En tales casos: A A F D F A L = = Esfuerzo Deformación L
  5. 5. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Ejemplo 1. Un alambre de acero de 10 m de largo y 2 mm de diámetro se une al techo y a su extremo se une un peso de 200 N. ¿Cuál es el esfuerzo aplicado? Primero determinamos el área del alambre: 퐴 = 휋푟2 L A A A = 3.14 x 10-6 m2 F Esfuerzo DL 6.37 x 107 Pa =63.7 MPa
  6. 6. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Ejemplo 1 (Cont.) Un alambre de acero de 10 m se estira 3.08 mm debido a la carga de 200 N. ¿Cuál es la deformación longitudinal? Dado: L = 10 m; DL = 3.08 mm Δ L 0.00308 m 10 m = Deformación = L L DL Deformación longitudinal 3.08 x 10-4
  7. 7. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Efecto de una fuerza sobre un sólido sfuerzo. Área de la sección transversa Fuerza aplicada F A 1 A2 Partículas que resisten la fuerza La magnitud del esfuerzo es directamente proporcional a F e inversamente proporcional a A
  8. 8. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA
  9. 9. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Esfuerzo Las fuerzas internas que actúan en diferentes puntos de un plano cortante se describen en función de una cantidad llamada “esfuerzo” que representa la intensidad de las fuerzas internas por unidad de área.
  10. 10. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Los materiales poseen una serie de características, entre las cuales destacan las propiedades mecánicas, tales como: Ductilidad Maleabilidad Resistencia Dureza Tenacidad Estas propiedades se determinan mediante la realización de diferentes tipos de ensayos
  11. 11. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA CURVAS TENSIÓN –DEFORMACIÓN LAS CURVAS TENSIÓN - DEFORMACIÓN, USUALMENTE, SE OBTIENEN MEDIANTE ENSAYOS DE LABORATORIO REALIZADOS MEDIANTE NORMAS ESTANDARIZADAS Y UTILIZANDO PROBETAS TAMBIÉN ESTANDARIZADAS. SE FIJAN LA VELOCIDAD DE CARGA Y LA TEMPERATURA LOS ENSAYOS SE PUEDEN REALIZAR CON CARGAS DE COMPRESIÓN, TRACCIÓN, FLEXIÓN Y CORTADURA, QUE A SU VEZ PUEDEN SER ESTÁTICAS O DINÁMICAS. LOS ENSAYOS DE COMPRESIÓN, TRACCIÓN Y FLEXIÓN CON CARGAS ESTÁTICAS SON LOS QUE MAS SE SUELEN REALIZAR
  12. 12. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA LOS ENSAYOS DE TRACCION SE REALIZAN CON LOS MATERIALES DUCTILES CON UN CIERTO GRADO DE PLASTICIDAD, TALES COMO LOS MATERIALES METÁLICOS FERROSOS Y NO FERROSOS, PLÁSTICOS, GOMAS, FIBRAS, ETC LOS ENSAYOS DE COMPRESION Y FLEXION SE REALIZAN CON LOS MATERIALES FRAGILES, TALES COMO LOS MATERIALES REFRACTARIOS, EL HORMIGÓN, CERÁMICOS, ETC. ESTOS MATERIALES POSEEN UNA BAJA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN EN COMPARACIÓN CON LA DE COMPRESIÓN.
  13. 13. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Ductilidad: capacidad que tiene un material para deformarse sin romperse cuando está sometido a esfuerzos de tracción; por ejemplo en el estirado de un alambre. Maleabilidad: capacidad que presenta el material para soportar deformación sin rotura sometido a compresión, caso de forja o laminado. Elasticidad: capacidad de un material que ha sido deformado para regresar a su estado y tamaño original, cuando cesa la acción que ha producido la deformación. Cuando el material se deforma permanentemente, de tal manera que no pueda regresar a su estado original, se dice que ha pasado su límite elástico.
  14. 14. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Propiedades elásticas de la materia Un cuerpo elástico es aquel que regresa a su forma original después de una deformación. Pelota de golf Liga de goma Balón de futbol
  15. 15. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Un cuerpo inelástico es aquel que no regresa a su forma original después de una deformación. Masa o pan Barro Pelota de plastilina
  16. 16. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA
  17. 17. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Tenacidad: Es la energía absorbida por el material durante el proceso de deformación y ruptura; está directamente relacionada con la resistencia y ductilidad. El vidrio, el hierro fundido y el acero endurecido son poco tenaces, porque sus ductilidades son muy bajas y en algunos casos casi cero, aunque tienen una buena resistencia (bastantes duros). Un metal como el cobre es bastante tenaz, pues tiene una buena resistencia y buena ductilidad. Mientras que una "goma de mascar" tiene menos tenacidad, ya que aunque la ductilidad es enorme su resistencia es muy baja.
  18. 18. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Plasticidad: Es la habilidad de un material para adoptar nuevas formas bajo la presión y retener esa nueva forma. El rango de adaptación puede variar considerablemente de acuerdo con el material y sus condiciones. Esfuerzo: Fuerza aplicada a un área conocida.
  19. 19. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Ensayos Mecánicos.  Tensión  Dureza  Torsión  Fractura  Fatiga  Creep  Impacto y fractura frágil
  20. 20. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Ensayo de tracción El Ensayo de tracción se realiza bajo la norma ASTM E-8 ASTM A 370.
  21. 21. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Equipo para el ensayo de tracción Se coloca una probeta estándar (0,505 pulg de diámetro y longitud calibrada de 2 pulg) en una máquina de ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otra móvil. Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil.
  22. 22. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA
  23. 23. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Esquema de probetas que se utilizan en el ensayo de tracción
  24. 24. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Probetas normalizadas.
  25. 25. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA
  26. 26. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Esfuerzo y deformación ingenieriles Los resultados de un ensayo se aplican a todos los tamaños y secciones transversales de un material, siempre que la fuerza se convierta en esfuerzo y la distancia entre las marcas de calibración se conviertan en deformación A0: área sección F transversal original  = Esfuerzo ingenieril A0 Io: distancia original entre marcas de calibración Dl DI: cambio de longitud después de haber aplicado el esfuerzo  = Deformación ingenieril l0
  27. 27. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA
  28. 28. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Curva esfuerzo deformación para una aleación de aluminio
  29. 29. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Acero dúctil indicado en la figura, en donde el eje de las ordenadas corresponde a las cargas y el de la abscisas al de las deformaciones longitudinales o alargamientos en milímetros.
  30. 30. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Curvas tensión deformación de algunos metales y aleaciones
  31. 31. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Propiedades obtenidas en el ensayo de tensión • Esfuerzo de cedencia (esfuerzo de fluencia): esfuerzo que divide los comportamientos elásticos y plásticos del material. El valor crítico del esfuerzo necesario para iniciar la deformación plástica se llama límite elástico del material. En los materiales metálicos es el esfuerzo necesario para iniciar el movimiento de las dislocaciones. El límite elástico puede definirse como el esfuerzo mínimo al que ocurre la primera deformación permanente.
  32. 32. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA
  33. 33. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA • Resistencia a la tensión (resistencia a la tracción): esfuerzo obtenido con la máxima fuerza aplicada Es el esfuerzo máximo, basado en la sección transversal original, que puede resistir un material. Es el esfuerzo en el cual comienza la estricción en los materiales dúctiles Deformación localizada durante el ensayo de tensión de un material dúctil, produciendo una región de cuello
  34. 34. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA • Esfuerzo de ruptura: es el esfuerzo basado en la sección original, que produce la fractura del material La deformación se concentra en la zona del cuello, provocando que la fuerza deje de subir. Al adelgazarse la probeta, la fuerza queda aplicada en menor área, provocando la ruptura. Esquema de la secuencia de ruptura de las probetas en un ensayo de tracción
  35. 35. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA • Módulo de elasticidad o módulo de Young (E): es el valor de la pendiente de la parte recta del diagrama esfuerzo v/s deformación unitaria  E = (Pa, psi)  Ley de Hooke Es una medida de la rigidez de un material
  36. 36. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Tiene una estrecha relación con la energía de enlace atómico, por lo tanto es mayor para materiales de punto de fusión alto. Un alto módulo de elasticidad indica que se necesitan grandes fuerzas para separar los átomos y producir la deformación elástica del metal.
  37. 37. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA . Resiliencia Es la capacidad de un material para absorber energía cuando es deformado elásticamente y devolverla cuando se elimina la carga Módulo de resiliencia: Corresponde a la energía de deformación por unidad de volumen requerida para deformar el material hasta el límite elástico
  38. 38. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA
  39. 39. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA • Tenacidad a la tensión: capacidad de absorber energía en el campo plástico, antes de fracturarse (trabajo de fractura). Se determina como el área bajo la curva esfuerzo- deformación ingenieril. Esta superficie es una indicación del trabajo total, por unidad de volumen que puede realizarse sobre el material sin que se produzca rotura Comparación de las curvas tensión- deformación de dos aceros, con alta tenacidad y baja tenacidad
  40. 40. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA • Ductilidad: mide la cantidad de deformación que puede resistir un material sin romperse. El % de elongación describe la deformación plástica permanente antes de la falla. La reducción porcentual del área describe la cantidad de adelgazamiento que sufre la muestra durante el ensayo L f  L 0 % de elongación = x100 L0 A 0  A f % reducción en área = x100 A0
  41. 41. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Comportamiento dúctil y frágil El comportamiento de los materiales bajo carga se puede clasificar como dúctil o frágil según que el material muestre o no capacidad para sufrir deformación plástica. a) acero dúctil b) un acero frágil.
  42. 42. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Propiedades típicas promedio de algunos materiales metálicos F (Mpa) 280 –700 M (Mpa) Material E (Gpa) Acero inoxidables 400 –1000 190 –210 550 –1200 190 –210 Acero alta resistencia 340 - 1000 Bronce comercial Latón laminado Aluminio 2014-T6 Cobre 82 –690 70 –550 410 200 –830 200 –620 480 36 –44 36 –41 28 55 - 760 230 - 830 40 –47
  43. 43. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Variables que afectan a la curva de tensión: Temperatura El efecto de la temperatura (a) sobre la curva esfuerzo-deformación (b) sobre las propiedades de tensión de una aleación de aluminio
  44. 44. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Curva esfuerzo deformación acero de baja aleación
  45. 45. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA
  46. 46. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA CURVAS DE TENSIÓN - DEFORMACIÓN REALES. LA TENSIÓN REAL σR SE DEFINE COMO LA CARGA DIVIDIDA POR EL ÁREA DE LA SECCIÓN INSTANTÁNEA A SOBRE LA CUAL OCURRE LA DEFORMACIÓN (POR EJEMPLO, LA ESTRICCIÓN, UNA VEZ PASADO EL MÁXIMO) F R = A LA DEFORMACIÓN REAL εR, PUEDE CALCULARSE A PARTIR DE LA EXPRESIÓN QUE NOS DA EL ELEMENTO DIFERENCIAL DE DEFORMACIÓN: dl d = l L = LONGITUD DE LA PROBETA EN EL INSTANTE t DESPUÉS DE APLICAR LA CARGA. dL = INCREMENTO DE LONGITUD DE LA PROBETA EN EL INTERVALO DE TIEMPO (t, t+dT)
  47. 47. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA
  48. 48. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA INTEGRANDO: SI NO OCURRE CAMBIO DE VOLUMEN DURANTE LA DEFORMACIÓN: l A  A  A0l0 = Al =  = Ln 0   l A A   0 0        l l l l   l l 0 = Ln = Ln = Ln 1   = Ln(1 ) 0 0     l l 0 l 0       0
  49. 49. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Ensayo de Compresión Un ensayo de compresión se realiza de forma similar a un ensayo de tracción, excepto que la fuerza es compresiva y la probeta se contrae a lo largo de la dirección de la fuerza. F A0: área sección transversal original  = Esfuerzo ingenieril A0 Io: distancia original entre marcas de calibración Dl  = Deformación ingenieril DI: cambio de longitud después l 0 de haber aplicado el esfuerzo Por convención, una fuerza de compresión se considera negativa y, por tanto, produce un esfuerzo negativo.
  50. 50. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA
  51. 51. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Los ensayos de compresión se utilizan cuando se desea conocer el comportamiento del material bajo grandes deformaciones permanentes (deformación plástica), tal como ocurren en los procesos de conformación, o bien cuando tiene un comportamiento frágil a tracción
  52. 52. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Las conclusiones sobresalientes de estas pruebas las podemos resumir en la siguiente forma: • Los materiales dúctiles presentan los mismos valores en sus características tanto en tensión como en compresión. • Los materiales frágiles no presentan punto de fluencia en ningún caso y el esfuerzo de ruptura coincide con el esfuerzo máximo. • Los materiales frágiles presentan una resistencia máxima mucho mas elevada en compresión que en tensión. Por ejemplo, en el caso de la fundición gris, esta relación es aproximadamente 4:1.
  53. 53. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Ensayo de dureza La dureza implica, en general, una resistencia a la deformación permanente. Puede significar:  Resistencia a la penetración (mecánica del ensayo de materiales)  Resistencia y tratamiento térmico (ingeniero de diseño) Según la forma del ensayo:  Dureza al rayado  Dureza a la penetración  Dureza al rebote o dinámica
  54. 54. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Resistencia a la Indentación Dureza por indentación es la resistencia de un material a ser indentado o penetrado. Es el tipo usual de ensayo de dureza, en el cual se presiona, directamente o por un sistema de palanca, un indentador cónico o redondo sobre la superficie bajo una carga conocida substancialmente estática. La dureza se expresa, para una carga y marcador especificados, por un número inversamente proporcional a la profundidad de la indentación o proporcional a una carga media sobre el área de huella.
  55. 55. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA • Ensayo de dureza Rockwell • Ensayo de dureza Brinell • Ensayo de dureza Vickers
  56. 56. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Dureza Brinell El ensayo consiste en comprimir sobre la superficie del metal, una bola de acero de 10 mm de diámetro con una carga de 3000 kg. - En los materiales blandos, se reduce la carga a 500 kg. - En metales muy duros se emplea una bola de carburo de wolframio La carga se aplica por un periodo de tiempo normalizado, generalmente de 30 seg, luego se mide la huella con un microscopio.
  57. 57. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Esquema del ensayo de dureza Brinell Dureza Brinell: (kg/mm2) F : carga aplicada en kg D : diámetro del penetrador en mm Di : diámetro de la impresión en mm Resistencia a la tensión = 500 BHN.
  58. 58. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Dureza Vickers Se emplea como identador una pirámide de diamante de base cuadrada, las caras opuestas de la pirámide forman un ángulo de 136º (corresponde a la relación óptima de diámetro de huella a diámetro de bola en el ensayo Brinell) Se define como la relación de la carga al área de la superficie de la huella. Sus cargas van de 5 a 125 kilogramos (de cinco en cinco). Se emplea Vickers para laminas tan delgadas como 0.006 pulgadas
  59. 59. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA 2P sen( /2) 1,854P DurezaVickers= = L2 L 2 P: carga aplicada en kg L: media de la longitud de las dos diagonales en mm : ángulo formado por las caras opuestas de la pirámide diamante = 136º
  60. 60. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Dureza Rockwell El ensayo utiliza la profundidad de la penetración bajo carga constante, como medida de la dureza. La maquina de ensayo mide en forma automática la profundidad de penetración del indentador, y la convierte en un número de dureza Rockwell (HR)
  61. 61. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA El ensayo es aplicable a todo tipo de materiales metálicos: a) Blandos. Se utiliza como penetrador una bola de acero templado, similar al del ensayo Brinell. b) Duros. Se utiliza como penetrador un cono de diamante de 120° de ángulo de vértice redondeado en la punta. Se usan cargas normalizadas de 60, 100 y 150 kilogramos c) Pequeños espesores en materiales blandos o duros. Es el caso de flejes, chapas delgadas o también sobre capas endurecidas, cementadas o nitruradas. En este supuesto se usa la modalidad de pequeñas cargas especificadas en la norma, 3 kilogramos de precarga y 15, 30 o 45 kilogramos de carga. Se conoce este tipo de ensayos como Rockwell superficial.
  62. 62. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Ensayos Rockwell normalizados. ESCALA A CARGA (kg) 60 PENETRADOR MATERIALES TIPICOS PROBADOS Materiales duros en extremo, carburos de wolframio, etc. Cono de diamante Materiales de dureza media, aceros al carbono bajos y medios, latón, bronce, etc. B 100 Bola de 1/16" Aceros endurecidos, aleaciones endurecidas y revenidas. C D E 150 100 100 Cono de diamante Cono de diamante Acero superficialmente cementado. Hierro fundido, aleaciones de aluminio y Bola de 1/8" magnesio. F G H K 60 150 60 Bola de 1/16" Bola de 1/16" Bola de 1/8" Bola de 1/8" Bronce y cobre recocidos. Cobre al berilio, bronce fosforoso, etc. Placa de aluminio. 150 Hierro fundido, aleaciones de aluminio. Plásticos y metales suaves, como el plomo. L 60 Bola de 1/4"
  63. 63. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA
  64. 64. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA
  65. 65. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA
  66. 66. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Ensayo de impacto Norma ASTM 23) Cuando un material se somete a un golpe repentino y violento, donde la velocidad de deformación es extremadamente rápida, se puede comportar en una forma mucho más frágil que la que se observa en el ensayo de tensión. Se utiliza el ensayo de impacto para evaluar la fragilidad de un material. • Ensayo de Charpy: metales, aleaciones, cerámicas • Ensayo de Izod: plásticos
  67. 67. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA El ensayo de impacto (a) ensayo de Charpy e Izod (b) dimensiones de muestras normales
  68. 68. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Durante el ensayo, un péndulo pesado (45 kg) que inicia su movimiento a una altura h0, describe un arco, golpea y rompe la probeta, y llega a una altura final hf menor. Si se conocen las alturas inicial y final del péndulo, se puede calcular la diferencia de la energía potencial. Esta diferencia es la energía de impacto que absorbió la muestra cuando falló
  69. 69. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA • La probeta posee un entalle estándar para facilitar el inicio de la fisura. • Las probetas que fallan en forma frágil se rompen en dos mitades, en cambio aquellas con mayor ductilidad se doblan sin romperse. Fotografías de probetas, antes y después del ensayo
  70. 70. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA • Ensayo de Charpy: joule (J), lb pie • Ensayo de Izod: J/m, lb pie/pulg 1 lb pie = 1,356 J Los valores obtenidos en este ensayo pueden diferir fuertemente si se realiza a diferentes temperaturas La capacidad de un material para resistir el impacto de un golpe se llama tenacidad al impacto
  71. 71. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Propiedades que se obtienen en el ensayo de impacto: Temperatura de transición de dúctil a frágil: es aquella a la cual un material cambia de un comportamiento dúctil a un comportamiento frágil. Un material sujeto a cargas de impacto durante las condiciones de servicio deberá tener una temperatura de transición por debajo de la temperatura de operación determinada por el ambiente que rodea al material.
  72. 72. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Ensayos de impacto para un polímero termoplástico de nylon supertenaz
  73. 73. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA No todos los materiales tienen una temperatura de transición definida La estructura cristalina FCC normalmente absorbe mayor energía, sin mostrar temperatura de transición
  74. 74. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Influencia del contenido de carbono sobre el comportamiento dúctil- frágil de un acero de baja aleación:
  75. 75. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Relación con el diagrama esfuerzo-deformación: La energía necesaria para romper un material durante un ensayo de impacto, es decir, la tenacidad al impacto, no siempre se relaciona con la tenacidad a la tensión (es decir, el área contenida dentro del diagrama esfuerzo-deformación real) En general, los metales que tienen alta resistencia y gran ductilidad, tienen buena tenacidad a la tensión, sin embargo, pueden presentar comportamiento frágil cuando están sujetos a velocidades de deformación alta, es decir, pueden mostrar pobre tenacidad al impacto, ya que la velocidad de deformación puede desplazar la transición de dúctil a frágil. Los cerámicos y muchos materiales compuestos tienen normalmente tenacidad muy baja, aunque alta resistencia.
  76. 76. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA Ensayo de Tenacidad Liberty Ships: 2700 fabricados 400 fisurados Titanic 20 se partieron en dos
  77. 77. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS INGENIERIA METALURGICA

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