Explicación detallada de las Propiedades Mecánicas de los materiales.

1. COMPUTACIÓN APLICADA
• NOMBRES: PAOLA LAGOS SALTOS
CARLOS ROSERO FREIRE
• CURSO: DÉCIMO “A”

3. • DEFINICIÓN –(DEFINITION)
• ANTECEDENTES MECÁNICOS – (BACKGROUND
ON MECHANICAL)
Pruebas de materiales
• TIPOS COMUNES DE PROPIEDADES
MECÁNICAS. (COMMONTYPES OF MECHANICAL
PROPERTIES)
• ANÁLISIS DE FALLA - (FAILURE ANALISIS)

4. DEFINICIÓN (Definition)
 Las propiedades mecánicas de un material
describen el modo en que este responde a la
aplicación de una fuerza o carga; incluyendo
fuerzas de tensión, compresión, cizalla(corte),
impacto, cíclicas o de fatiga, o fuerzas a altas
temperaturas.
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5. DEFINICIÓN (Definition)
 Las propiedades mecánicas se expresan en
términos de cantidades que son funciones
del esfuerzo o de la deformación o ambas
simultáneamente.
 El conocimiento de las propiedades
mecánicas de los metales permite poseer una
herramienta para comprender los distintos
usos que se le dan a los mismos en la
industria. Cada uno de ellos puede cumplir
óptimamente una función determinada de
acuerdo a su diseño.
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6.  Pruebas de materiales (Testing of Materials)
Objetivo: Determinar la respuesta del material frente a la
aplicación de una carga.
𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 =
𝑃(𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 )
𝐴 (𝐴𝑟𝑒𝑎)
En general, cuando se somete un material a un conjunto
de fuerzas se produce tanto flexión, como cizallamiento o
torsión, todos estos esfuerzos conllevan la aparición de
tensiones tanto de tracción como de compresión.

7.  Esfuerzo deTensión: Cuando una barra es sometida a
una carga de estiramiento, el esfuerzo de tensión es lo
que se opone a una fuerza que tiende a estirar el
cuerpo.
Se produce sometiendo al cuerpo a dos cargas de igual
dirección y sentido contrario y divergentes. Cuando una
barra es sometida a una carga de estiramiento,

8.  Esfuerzo de Compresión:
Tiende a una reducción de volumen del
cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo
en determinada dirección
comprimiéndolo.
 Esfuerzo Cortante:
Las fuerzas aplicadas pueden inducir un
efecto de deslizamiento de una parte del
mismo con respecto a otra. En el área de
deslizamiento se produce un esfuerzo
cortante, o tangencial, o de cizalladura
que tiende a romper el elemento.
t = F / A
donde,
t: es el esfuerzo cortante
F: es la fuerza que produce el
esfuerzo cortante
A: es el área sometida a esfuerzo
cortante

9.  Esfuerzo deTorsión:
Es provocado por dos fuerzas de sentido inverso
en el que el eje de la pieza coincide con el eje de
giro, tendiendo a girar el elemento.
 Esfuerzo de Flexión:
Es la fuerza externa que comprime las caras
cercanas a la fuerza y tracciona la cara contraria.
En la fibra neutra, que coincide en el eje
longitudinal de la pieza, no existe tracción ni
compresión. Este esfuerzo tiende a desviar el
elemento.
UN MIEMBRO CARGADO SE DEFORMARÁ (CAMBIO EN SU FORMA)

10.  Máquina Universal de Ensayo
(UniversalTesting Machine-UTM)
Máquina con la que es posible someter materiales a ensayos de tracción,
compresión y corte para medir sus propiedades. La presión se logra mediante
placas o mandíbulas accionadas por tornillos o un sistema hidráulico.

11. Esfuerzo (stress) Carga/Área original esforzada
Deformación (strain) Deformación/Longitud original

12.  Elasticidad:
Propiedad de un material en
virtud de la cual las
deformaciones causadas por
la aplicación de una fuerza
desaparecen cuando cesa la
acción de la fuerza.
 Plasticidad:
Propiedad que permite al
material soportar una
deformación permanente sin
fracturarse.
http://es.scribd.com/doc/16668578/RESISTENCIA-DE-MATERIALES

13.  Propiedades Derivadas del Diagrama
Esfuerzo/Deformación
 Resistencia al Impacto.
 Dureza
 Fatiga
 Fluencia
 Esfuerzo de Rotura.

14.  Resitencia
 Dureza
 Ductilidad
 Módulo de Resiliencia
 Módulo de Tenacidad

15. El término resistencia última está relacionado con el esfuerzo máximo que un
material puede desarrollar. La resistencia a la tension es el máximo esfuerzo de
tensión que un material es capaz de desarrollar.
Ru= Carga Máxima/Área original esforzada.
http://www.mcto.es/index.php/comentarios-mcto/76-resistencia-de-compresion.html

16. RESISTENCIA A LA
TENSION:
Aleaciones metálicas y
materiales compuestos.
RESISTENCIA A
COMPRESIÓN:
Esfuerzo máximo que
puede soportar un
material bajo una carga
de aplastamiento
RESISTENCIA A
CORTANTE:
Aleaciones metálicas y
materiales compuestos
Resistencia Específica=Resistencia de tensión / Densidad

17. Código ACI 318-08 Cáp.2
Limite de fluencia, f
y. (Yiel Point Stress)
•Tensión a partir de
la cual el
material pasa a su-
frir deformaciones
permanentes
Resistencia a la fluencia (Yield strength)
•Resistencia a la fluencia mínima especificada, o
punto de fluencia del refuerzo. La resistencia a la
fluencia o el punto de fluencia deben determinarse
en tracción, de acuerdo con las normas ASTM
aplicables

18. Sin embargo en la mayoría de diagramas de esfuerzo/deformación de los
materiales el límite de fluencia no es sencillo de localizar. Por lo que es
determinado a través de:
MÉTODO DE LA DESVIACIÓN: que consiste en trazar una recta paralela a la
curva que cumple la ley de Hooke, separado una distancia de 0,2% o 𝜀 = o,oo2.
El punto donde se cortan las dos gráficas es el límite de fluencia.
http://materiales.azc.uam.mx/eam/Labsolidos/1Aspectosgeneralesdelcomportamientomec%C3%A1nico.pdf

19. Tiene que ver con la deformabilidad relativa de un material bajo
carga. Es la resistencia del material debido a la deformación elástica, y
es determinada por el módulo de Elasticidad del material (E) o
módulo deYoung.
Módulo de Elasticidad: es la
pendiente del diagrama de esfuerzo y
deformación en el rango de la
proporcionalidad del esfuerzo y
deformación

20. De tal modo que cuanto mayor es el modulo mas rígido es el material,
o sea, menor es la deformación elástica que se origina cuando se aplica
una determinada tensión σ .
Rigidez Específica=Módulo de tensión / Densidad
Todas estas rigideces intervienen en la matriz de rigidez elemental que
representa el comportamiento elástico dentro de una estructura:
• Rigidez axial
• Rigidez flexional
• Rigidez frente a cortante
• Rigidez torsional

21.  La ductilidad es la propiedad de los materiales que le permiten ser
estirados a un grado considerable antes de romperse y
simultáneamente sostener una carga apreciable. Se dice que un
material no dúctil es quebradizo, esto es, se quiebra o rompe con
poco o ningún alargamiento.

22. La ductilidad puede ser calculada de las siguientes 3 formas:
1. Porcentaje de ductilidad: Deformación de Fractura X 100.
2. Porcentaje de Elongación: relación entre el cambio de longitud
después del ensayo y la longitud original.
% EL = 100(Lf-Lo)/Lo
3. Porcentaje de reducción en Área: relación entre el cambio de
área después del ensayo y el área original.
% RA = 100(Ao-Af)/Ao.
Aleaciones forjadas son dúctiles y polímeros tienen alta ductilidad.
Cerámica y aleaciones fundidas son frágiles y tienen poca o 0% de
ductilidad. Selecciones de material para procesos de manufactura tales
como doblado en frío deben basarse en esta propiedad.

23. Máxima cantidad de
energía elástica por
unidad de volumen que
un material puede
absorber, a baja velocidad
de deformación, y es
medida por el área bajo
la parte lineal de la curva
esfuerzo/deformación. u= área triangular bajo el diagrama de la
parte lineal.

24.  Mientras más alto sea el contenido de carbono o aleación
más alto será el módulo de resiliencia.
• Selección de materiales para componentes como ballesta,
resorte tipo reloj, hojas de cuchillos, ejes de palos de golf,
partes de máquina en caso de colisión a baja velocidad, etc.
Deberían estar basados en esta propiedad.
• La propiedad de resiliencia es inversamente proporcional al
módulo de elasticidad, a menor es el módulo, más resiliencia
del material. Mientras que esta propiedad es directamente
proporcional a la resistencia de fluencia del material

25. hthttp://www.instron.com.ar/wa/glossary/Modulus-of-Toughness.aspx
Máxima cantidad de energía plástica por unidad de volumen que un
material puede absorber, a baja velocidad de deformación, para producir
fractura.
El módulo de tenacidad es el trabajo realizado en una unidad de volumen
de material como una fuerza de tracción simple aumentada gradualmente
desde cero al valor que causa la ruptura.Se puede calcular como el área
completa en la curva de carga-deformación desde el origen a la ruptura.
Tenacidad: es la
capacidad del
material de
absorber energía
en el rango
plástico del
material.

26.  TENACIDAD: es también una
medida relativa de la capacidad de
absorción de energía de materiales
bajo cargas de impacto (fuerza de
alta velocidad), ya que en la prueba
de impacto la energía absorbida por
las muestras, al producir la fractura,
es medida. La resistencia asociada se
denomina RESISTENCIA DE
IMPACTO.
 Materiales dúctiles tienen buena
tenacidad y resistencia al impacto,
mientras que los frágiles tienen
tenacidad insignificante.

27. The ImpactTester
(El probador de impacto)
 Se utiliza en ensayos para determinar la
tenacidad de un material .

28. Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a
flexión en 3 puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta
y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la
final tras el impacto (h') permite medir la energía absorbida en el
proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la
energía absorbida en el área debajo de la curva de carga,
desplazamiento que se conoce como resiliencia.

29. Dos tipos principales de máquinas de ensayo son usadas:
 (1) La Izod en la cual una barra es fijada por un extremo como una viga en
voladizo vertical y golpeada a una dada distancia encima de una especificada
rotura, a través de la barra. (ASTM D4812-ISO180)
 (2) La Charpy, donde la probeta esta en forma horizontal y soportada cerca
de cada extremo y golpeada en el centro. (ASTM D6110-ISO179)
http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.co
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30. Transition temperature or nil ductility temp. (NTD)
Temperatura de transición o de ductilidad nula
Muchos de los metales que son dúctiles bajo ciertas condiciones se
vuelven frágiles si se alteran las condiciones. El efecto de la temperatura
sobre la naturaleza de la fractura es de considerable importancia. Muchos
aceros exhiben fractura dúctil a temperaturas elevadas y la rotura frágil a
bajas temperaturas. La temperatura por encima de la cual un material es
dúctil y por debajo del cual es frágil es conocida como la temperatura de
transición de Ductilidad Nula (NDT).

31.  La ductilidad nula temperatura de transición de un metal representa el punto
en el que la energía de fractura pasa por debajo de un punto (típicamente
predeterminado para un estándar de prueba de impacto Charpy ).
 La ductilidad de un metal se valora de forma indirecta a través de la resiliencia.
 La temperatura NDT es la temperatura a la que el modo de fractura de los
cambios de acero dúctil a frágil
ASTM E208 prueba de caída de peso para Ductilidad Nula o temperatura de
transición de los aceros ferríticos

32. IMPORTANCIAY USO
Las transiciones fractura de resistencia de los aceros ferríticos utilizados
en la condición de roturas están notablemente afectados por la
temperatura. Para una "baja" temperatura dada, el tamaño y la agudeza de
la falla (muesca) determina el nivel de tensión requerida para la iniciación
de la fractura por fragilidad. La importancia de este método de ensayo
está relacionada con el establecimiento de esa temperatura.

33. Hardness (Dureza)
 La dureza expresa la resistencia a la deformación. Es una propiedad
compleja y cuando se accede a métodos por indentación o
penetración, factores como módulo elástico, resistencia al flujo,
plasticidad y tiempo quedan involucrados.
 Las unidades de dureza derivan de la profundidad, ancho o área de la
indentación realizada con alguna forma de estilo cargado. Son
numerosos los aparatos propuestos y usados.

34. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas
aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de
dureza. Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes:
Dureza Brinell
• Emplea como punta
una bola de acero
templado o carburo
de W. Para materiales
duros, es poco
exacta pero fácil de
aplicar. Poco precisa
con chapas de
menos de 6mm de
espesor. Estima
resistencia a
tracción.
Dureza Knoop
• Mide la dureza en
valores de escala
absolutas, y se
valoran con la
profundidad de
señales grabadas
sobre un mineral
mediante un
utensilio con una
punta de diamante al
que se le ejerce una
fuerza estándar.
Dureza Rockwell
• Se utiliza como
punta un cono
de diamante (en
algunos casos bola
de acero). Es la más
extendida, ya que la
dureza se obtiene
por medición directa
y es apto para todo
tipo de materiales. Se
suele considerar
un ensayo no
destructivo por el
pequeño tamaño de
la huella.

35. Dureza Rockwell
superficial
• Existe una variante del
ensayo, llamada
Rockwell superficial,
para la caracterización
de piezas muy
delgadas, como
cuchillas de afeitar o
capas de materiales
que han recibido algún
tratamiento de
endurecimiento
superficial.
Dureza Shore
• Emplea un
escleroscopio. Se deja
caer un indentador en
la superficie del
material y se ve el
rebote. Es
adimensional, pero
consta de varias
escalas. A mayor
rebote -> mayor
dureza. Aplicable para
control de calidad
superficial. Es un
método elástico, no de
penetración como los
otros.
Dureza Vickers
• Emplea como
penetrador un
diamante con forma de
pirámide cuadrangular.
Para materiales
blandos, los valores
Vickers coinciden con
los de la escala Brinell.
Mejora del ensayo
Brinell para efectuar
ensayos de dureza con
chapas de hasta 2mm
de espesor.

36.  Así como se especifican estos distintos ensayos existen para cada uno su forma de
representación que por lo general consta del número de dureza, un código de
comparación, la carga usada y la escala del método. De la misma forma hay normas ISO y
ASTM sobre los distintos métodos para realizar ensayos de dureza.

37. Fatigue (Fatiga)
 La fatiga es el daño estructural progresivo y localizado que se produce
cuando un material se somete a somete a procesos repetidos de carga
y descarga. Los valores máximos nominales de esfuerzo son menores
que el límite de la tensión máxima a la tracción , y pueden estar por
debajo del límite de tensión de fluencia del material.

38.  El ensayo de fatiga se describe en "Manual on Fatigue
Testing",ASTM STP 91-A
 La mayoría de los ensayos de fatiga se realizan en
máquinas deflexión, de vigas rotativas o de tipo
vibratorio.
 En general los ensayos de fatiga se clasifican por el
espectro de carga- tiempo, pudiendo presentarse como:
- Ensayos de fatiga de amplitud constante. (evalúan el
comportamiento a la fatiga mediante ciclos
predeterminados de carga o deformación, de amplitud y
frecuencia constantes)
- Ensayos de fatiga de amplitud variable. (se evalúa el efecto
del daño acumulado debido a la variación de la amplitud
del esfuerzo en el tiempo)

39. Límite de fatiga
 Corresponde a la máxima tensión alternante uniaxial que puede
aplicarse en un punto de una pieza real sometida a fatiga para que ésta
soporte infinitos ciclos de carga sin llegar a romperse.
 El límite real de fatiga en un punto de una pieza es diferente del límite
ideal de fatiga, debido a que las condiciones geométricas, de fabricación
y ambientales, de la pieza no coinciden con las del ensayo de fatiga
normalizado.

40. El comportamiento a la
fatiga de los materiales
puede ser estudiado
mediante ensayos de
laboratorio.
(a) Materiales que
muestran un límite de
fatiga.
(b) Materiales que no
muestran un límite de
fatiga.
(c), (d), (e) y (f) cargas
dinámicas usadas en los
ensayos de fatiga.

41. Creep (Ensayo de fluencia)
 Deformación que evoluciona con el tiempo a tensión
constante una vez aplicada una carga.
 El Creep ocurre en 3 pasos: Creep primario (vel. de def.
disminuye), secundario (estacionario) y terciario (vel. de
def. aumenta y conduce a la rotura).

42. 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

44. Stress Rupture
(Tensión de rotura)
 Es la máxima tensión que un material puede soportar al ser
traccionado antes de que se produzca efecto de ahorcamiento, que
es cuando la sección transversal del espécimen se comienza a
contraer de manera significativa.
 Se obtiene realizando un ensayo de tracción y registrando la tensión
en función de la deformación (o alargamiento); el punto más elevado
de la curva tensión-deformación es la tensión de rotura.
ISO 527

45.  Las pruebas de rotura por tensión son similares a la fluencia
de prueba excepto que las tensiones utilizadas son más altos
que en un ensayo de fluencia. Las pruebas de rotura por
tensión siempre se realiza hasta el fallo del material. La
variable que se mide es el tiempo requerido para la falla.

46. Failure Analysis
(Análisis de Falla)
Concentración de tensiones.-
Es una ubicación en un objeto donde la tensión se concentra.
Un objeto es más fuerte cuando la fuerza se distribuye
uniformemente sobre su superficie, por lo que una reducción
en el área se traduce en un aumento localizado de tensión.
Las líneas de fuerza son más densos cerca del agujero

47.  Se calcula mediante un factor de concentración de tensión,
según la fórmula
Smáx=Kf*S
Donde:
S= Tensión en el miembro sin irregularidades.
Kf= Factor de concentración de tensión.
Smáx= Tensión local en la región de concentración de tensiones.
Ejemplo de cálculo del factor Kf para una pieza de acero