Este documento describe las propiedades mecánicas de los materiales y cómo se determinan mediante ensayos de laboratorio. Explica que las propiedades más importantes son la resistencia, dureza, ductilidad y rigidez, y que los ensayos comunes incluyen tracción, compresión y cizalladura. Además, detalla las propiedades que se pueden obtener de un ensayo de tracción como el límite elástico, resistencia a la tracción y porcentaje de alargamiento.

1. INGENIERIA DE LOS MATERIALES
PROPIEDAD DE LOS MATERIALES
Dr. Ingº FORTUNATO ALVA DAVILA
Lima, marzo del 2014

2. PROPIEDAD DE LOS MATERIALES
Los elementos de máquinas están sometidos a
diferentes tipos de carga.
Es necesario conocer las características del
material y diseñar la pieza de tal manera que
cualquier deformación no sea excesiva y no se
produzca la rotura.
Algunas de las propiedades mecánicas más
importantes de los materiales son:
Resistencia, dureza, ductilidad y rigidez.
Las propiedades mecánicas de los materiales se
determinan realizando ensayos de laboratorio.

3. PROPIEDAD DE LOS MATERIALES
El papel del ingeniero es determinar las
tensiones, llamados también esfuerzos y las
distribuciones de las tensiones en los
elementos que están bajo carga. Esto puede
lograrse mediante técnicas experimentales y/o
mediante análisis de tensiones por medios
matemáticos o simulaciones numéricas.
Los ingenieros de materiales y los metalúrgicos,
por otro lado, dirigen sus esfuerzos a producir y
conformar materiales que puedan soportar las
condiciones de servicio predichas por el análisis
de tensiones.

4. PROPIEDAD DE LOS MATERIALES
Esfuerzos. Son las fuerzas internas, debido a
las cargas, sometidas a un elemento resistente.
Deformaciones.- Si una carga es aplicada
uniformemente sobre una sección o superficie
de una pieza, el comportamiento mecánico
puede ser estimado mediante un simple ensayo
de esfuerzo-deformación. Existen tres
principales maneras de aplicar la carga:
tracción, compresión y cizalladura.
En aplicaciones de ingeniería, muchas cargas
son torsionales más que cizalladura pura.

5. PROPIEDAD DE LOS MATERIALES
ENSAYOS DE TRACCION
El ensayo de tracción se utiliza para evaluar la resistencia
de metales y aleaciones. En este ensayo, una muestra de
metal se estira a velocidad
constante hasta producir la
fractura, que se produce
en un tiempo corto.
El resultado del ensayo
de tracción se registra
en un papel como carga
en función del alargamiento.

6. Propiedad de los materiales
Las propiedades mecánicas de metales y aleaciones que tienen interés para el
diseño en ingeniería, y que pueden obtenerse a partir del ensayo de tracción, son:

7. Propiedad de los materiales
A) Límite de fluencia
Es el límite a partir del cual el material se deforma
plásticamente. Hasta esa tensión el material se
comporta elásticamenente, siguiendo la ley de Hooke,
y por tanto se puede definir el módulo de Young.
También denominado límite elástico aparente, indica la
tensión que soporta una probeta del ensayo de tracción
en el momento de producirse el fenómeno de la
cedencia o fluencia.

8. Propiedad de los materiales
Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre
las deformaciones
elásticas y
Plásticas,
se caracteriza
por un rápido
incremento de la
deformación sin
aumento apreciable
de la carga aplicada.

9. Propiedad de los materiales
B) Esfuerzo de fluencia
Es el esfuerzo máximo que se puede desarrollar en un
material sin causar una deformación plástica. Se trata del
esfuerzo que corresponde a la intersección de la curva
de carga-deformación y un paralelo de línea a la
parte de la línea recta del diagrama por una
deformación especificada.
El desplazamiento de los metales suele especificarse como
un 0,2%; es decir, la intersección de la línea de
desplazamiento y el eje de esfuerzo.

10. Propiedad de los materiales
C) Límite elástico
Es un valor muy importante para el diseño en
ingeniería, pues es el nivel de tensión al que un metal
muestra una deformación elástica significativa. Debido
a que no hay un punto definido de la curva tensión-deformación
donde acaba la deformación elástica y
empieza la deformación plástica, se determina el límite
elástico como la tensión a la que se produce una
deformación elástica definida.

11. Propiedad de los materiales
D) Resistencia a la tracción
Carga máxima resistida por la probeta dividida por la
sección inicial de la probeta.
Es la máxima tensión
que se alcanza en la
curva tensión-deformación
Probeta fracturada en el ensayo de tensión

12. Propiedad de los materiales
E) Porcentaje de alargamiento
El porcentaje de alargamiento que una probeta a
tracción soporta durante el ensayo proporciona un valor
de la ductilidad del metal.
al amiento = l -
l
% arg 0 x100%
l
o
Ductilidad: es una medida del grado de deformación
plástica que puede ser soportada hasta la fractura.
Un material que experimenta poca o ninguna deformación
plástica se denomina frágil.

13. Propiedad de los materiales
Resiliencia: es la capacidad de un material de absorber
energía elástica cuando es deformado y de ceder esta
energía cuando se deja aplicar. La propiedad asociada se
denomina módulo de resiliencia, Ur, que es la energía de
deformación por unidad de volumen que se requiere para
deformar un material hasta el límite elástico.
r U
= 1
r y y U s .e
2
r U
Estricción: es la reducción de la sección que se produce en
la zona de la rotura.
reducción de área = A -
A
o % x100%
A
o

14. Propiedad de los materiales
DEFORMACION ELASTICA
Es una deformación no permanente. Se recupera
completamente al retirar la carga que deformaba.
Para muchos metales sometidos a esfuerzos de tracción
pequeños, la tensión y la deformación son proporcionales
según la relación:
s = E.e
Esta relación se conoce con el nombre de Ley de
Hooke, y la constante de proporcionalidad, E es el
módulo de elasticidad o módulo de Young.

15. Proiedad de los materiales
El módulo E, puede ser interpretado como la
rigidez. Cuanto mayor es el módulo, más rígido es
el material.
La tensión y la deformación de cizalladura son
proporcionales entre sí, según la expresión: ,
donde G, es el módulo de cizalladura.

16. Propiedad de los materiales
COEFICIENTE DE POISSON
Se define como el cociente entre las deformaciones laterales y axiales:
El módulo de cizalladura y el módulo elástico están relacionados entre
sí y con el coeficiente de Poisson mediante la relación:
La tensión convencional, se define mediante la
relación: , donde F es la carga instantánea y es
el área de la sección original antes de aplicar la carga.

17. Propiedad de los materiales
La deformación convencional, se define como:
donde lo es la longitud original antes de
e = l -l o
= D
l
l
aplicar o la o
carga, y l es la longitud final.
l

18. Propiedad de los materiales
DEFORMACION PLASTICA
La deformación plástica es una deformación permanente.
No se recupera al retirar la carga. Para la mayoría de los
materiales metálicos, la deformación elástica persiste
hasta deformaciones de alrededor de 0,005.
Desde el punto de vista atómico, la deformación plástica
corresponde a la rotura de los enlaces entre los
átomos vecinos más próximos y a la deformación de
éstos con nuevos vecinos, ya que gran número de
átomos o moléculas se mueven unos respecto a otros, al
eliminar la tensión no vuelven a sus posiciones originales.

19. Propiedad de los materiales
t = F
Ao
o A
g
q ENSAYOS DE CIZALLADURA Y DE TORSION
Se utiliza una fuerza cizalladura y la tensión de
cizalladura, se calcula con la relación:
donde F es la fuerza impuesta paralelamente a las caras
superior e inferior, cada
una de las cuales tiene
un área, Ao.
La deformación de
cizalladura se define
como la tangente del
ángulo de deformación

20. Propiedad de los materiales
DUREZA
Es una medida de la resistencia de un material a la
penetración en su superficie, o sea la resistencia que
opone un material a ser rayado o penetrado
La dureza de una material se mide forzando la
indentación de un penetrador en la superficie del metal.
El penetrador, que normalmente es una bola, pirámide
o cono, está fabricado con un material mucho más duro
que el material a ensayar.
El material empleado en estos penetradores suele ser
acero templado, carburo de tungsteno o diamante.
Actualmente hay aparatos que leen la dureza de una
forma digital. Es así como puede establecerse la dureza
Brinell, Vickers, Knoop, y Rockwell.

21. Ensayos de dureza

22. Propiedad de los materiales
Ductilidad:
Es una medida del grado de deformación plástica que
puede ser soportada hasta la fractura. Un material
que experimenta poca o ninguna deformación plástica se
denomina frágil.
El porcentaje de alargamiento que una probeta a tracción
soporta durante el ensayo proporciona un valor de la
ductilidad del metal.
al amiento = l -
l
% arg 0 x100%
l
o

23. Propiedaes mecánicas
Rigidez
Es la aptitud de un material para resistir la
deformación. Se mide por el módulo de
elasticidad en el campo elástico; cuanto más
alto es el módulo, más rígido es el material.