Este documento trata sobre las propiedades mecánicas de los materiales y los ensayos de tracción. Explica que los ensayos de tracción miden la resistencia de un material a una fuerza aplicada y generan curvas de esfuerzo-deformación. También describe conceptos como módulo de Young, límite elástico, ductilidad, tenacidad y fractura dúctil versus frágil. El documento incluye gráficas y fotografías que ilustran estos conceptos para diferentes materiales.

1. INGENIERIA
DE
MATERIALES
Ing. Alejandra Garza Vázquez

2. Un avión utiliza materiales que deben ser ligeros,
duros, tenaces y resistentes a impactos.

3. PROPIEDADES
MECANICAS

4. 1.- Ensayo de Tracción
Mide la resistencia de un material a una
fuerza estática o aplicada lentamente.
[MPa] ó [psi]

5. Unidades y Factores de Conversión

6. Máquina Universal de Pruebas Mecánicas (I)

7. Máquina Universal de Pruebas Mecánicas (II)

8. Curva Esfuerzo-Deformación de un Al
“Adelgazamiento” de una muestra.- Deformación
localizada durante el ensayo de tracción de un material
dúctil, produciendo una región de encuellamiento.

9. Tipos de Esfuerzos
Esfuerzo.- Fuerza o carga por unidad de área transversal
sobre la que está actuando la fuerza o la carga. Sus
unidades están en [Pa] ó [psi].
Tensión, flexión, compresión y corte.

10. Probeta Típica para la Prueba de Tensión

11. Probetas Prueba de Tensión

12. Curvas Esfuerzo-Deformación
para diferentes Materiales (I)

13. Curvas Esfuerzo-Deformación
para diferentes Materiales (II)

14. Comportamiento Esfuerzo-Deformación
Curva de tracción típica de un metal:
a) Deformación Elástica.- Temporal y
se recupera cuando la carga es
eliminada; es reversible.
Es la porción lineal inicial.
b) Deformación Plástica.- Permanente
y no se recupera cuando se elimina
la carga; es irreversible.
c) Límite Proporcional P.
d) Esfuerzo de Cedencia al 0.2% .-
Determinado como la tensión para
una deformación plástica del 0.002

15. Deformación Elástica Lineal
Si la deformación es elástica, la relación
esfuerzo-deformación es llamada
Ley de Hooke
σ = E ε
σ = Esfuerzo
Sus unidades son [N/m2] ó [Pa]
E = Módulo de Young o de Rigidez o de
Elasticidad
Sus unidades son [N/m2] ó [Pa]
ε = Deformación
Es adimensional [m/m]
Rigidez.- Medida cualitativa de la
deformación elástica producida en un
material. Un material rígido tiene un
valor de módulo de elasticidad alto.

16. El Al se deforma 3 veces más que el Fe
Al  E = 70 [GPa] Fe  E = 210 [GPa]

17. Módulo de Young para Diversos Materiales

18. Deformación Plástica – Curva Típica
 El esfuerzo y la
deformación NO son
proporcionales.
 La deformación NO es
reversible.
 La deformación ocurre
mediante el rompimiento
y reacomodo de los
enlaces atómicos.
 En los materiales
cristalinos la deformación
es, principalmente,
mediante el movimiento
de las dislocaciones.

19. Curva σ-ε para Aleación de Al

20. Esfuerzo de Cedencia (σy) (I)
(a) Determinación del esfuerzo de cedencia al 0.2%
de una fundición gris.
(b) Comportamiento de puntos de cedencia superior
e inferior en un acero de bajo carbono.

21. Esfuerzo de Cedencia (σy) (II)

22. Resistencia a la Tracción
Para aplicaciones
estructurales:
El σy es, por lo general, una
propiedad más importante
que la resistencia a la
tracción, puesto que una vez
que se ha excedido el σy , la
estructura se ha deformado
más allá de los límites
aceptables.

23. 1.- Propiedad de Tracción: Ductilidad
Ductilidad.- Capacidad del material a deformarse de manera
permanente sin romperse, cuando se le aplica una fuerza. Es una
medida de la deformación hasta la fractura.
Se puede definir mediante el Porcentaje de Elongación (%ε)
o por el Porcentaje de la Reducción de Area (%RA).

24. Propiedades Mecánicas Típicas de Metales

25. 2.- Propiedad de Tracción: Tenacidad
Tenacidad.- Habilidad de absorber energía hasta el
punto de fractura. Es el área bajo la curva σ-ε hasta el
punto de fractura.
Unidades = energía por unidad de volumen = [J/m3]

26. Esfuerzo-Deformación Real
Esfuerzo Real.- Carga dividida entre el área real en la
región de adelgazamiento. Continúa subiendo hasta el
punto de fractura, en contraste con el esfuerzo ingenieril.

27. Comparación entre la Resistencia a la Tracción,
a la Compresión y a la Flexión de algunos
Cerámicos y Materiales Compuestos

28. Imágenes del Ensayo de Tracción en
Probetas de Sección Transversal Circular

29. Secuencia de Eventos desde el
Adelgazamiento hasta la Fractura
a) Primeras etapas del adelgazamiento.
b) Se empiezan a formar pequeños huecos dentro de la región de
adelgazamiento.
c) Los huecos se empiezan a unir, produciendo una grieta interna.
d) El resto de la sección transversal empieza a fallar en la periferia
debido a un esfuerzo cortante.
e) Superficies de la fractura final, conocidas como copa (superficie
superior) y cono (superficie inferior).

30. Probetas Metálicas y de Plástico
Fracturadas

31. Fotografías de las Fracturas Dúctiles
(a) Aspecto macroscópico
de una falla dúctil por
tensión.
(b) Aspecto microscópico de
una fractura dúctil en
acero al bajo carbono
ensayado a alta
temperatura.
(c) Aspecto de una fractura
intergranular.

32. Fotografías de las Fracturas Frágiles
(a) Aspecto macroscópico
de una falla frágil por
tensión.
(b) Aspecto microscópico de
una fractura frágil en
acero al bajo carbono
ensayado a baja
temperatura.
(c) Aspecto de una fractura
transgranular.

33. Propiedades Elásticas y Temperaturas de
Fusión (Tm) de Materiales Seleccionados
Razón de Poisson.- Caracteriza la contracción
perpendicular a la extensión causada por un esfuerzo de
tensión. Un material sometido a tensión se encoge
lateralmente. Es adimensional.

34. Imágenes del Ensayo de Tracción en Probetas
de Sección Transversal Rectangular

35. Secuencia de Eventos desde el
Adelgazamiento hasta la Fractura

36. Probetas Metálicas Fracturadas

37. Microfotografías obtenidas por medio del SEM
de un Acero 1018 Recocido (Fractura Dúctil)
(a) Hoyuelos equiaxiales
en el centro plano
de la copa y del
cono.
(b) Hoyuelos elongados
en el borde de
corte.
(ambas a 1250x)

38. Microfotografía obtenida por medio del SEM
de un Acero 1010 Templado (Fractura Frágil)
(a 5000x).

39. Factor de Seguridad
 
siempre
1
F.S.
a
y



