1) El documento contrasta las propiedades de ductilidad y fragilidad en materiales. La ductilidad permite una gran deformación antes de la ruptura, mientras que los materiales frágiles se rompen fácilmente con poca deformación. 2) Describe las características de las fracturas dúctiles y frágiles, así como los ensayos como la tracción y fatiga para evaluar las propiedades de los materiales. 3) Proporciona ejemplos de materiales dúctiles como el cobre y el acero, y materiales frágiles como
This work was done by students of the National University of Engineering, since in everyday life we find structures and materials with different properties in which talk about their effort and deformation.
En estática se calculan reacciones de estructuras isostáticas o estáticamente determinadas, aplicando las tres ecuaciones de equilibrio estático conocidas.
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Criterios de la primera y segunda derivadaYoverOlivares
Criterios de la primera derivada.
Criterios de la segunda derivada.
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Puntos máximos y mínimos.
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1. DÚCTIL Y FRÁGIL
DUCTILIDAD
CONCEPTO
Ductilidad es la cualidad de dúctil. Este adjetivo puede hacer
referencia a algo acomodadizo, condescendiente, fácilmente
deformable, que admite grandes deformaciones mecánicas o
que mecánicamente puede extenderse con alambres o hilos.
La ductilidad es la propiedad que tiene un material de
deformarse visiblemente (plásticamente) antes de llegar a la
ruptura. Es decir, que el material puede ser estirado
considerablemente antes de romperse.
Ejemplos típicos de materiales dúctiles son cobre, aluminio,
plastilina, acero, oro, hierro, madera, plástico, zinc, entre
otros.
FRÁGILIDAD
CONCEPTO
El término frágil proviene en su etimología de la palabra latina
“fragĭlis”, adjetivo que califica a aquello que se rompe, deteriora
o enferma con facilidad.
1La fragilidad es la cualidad de los objetos y materiales de
romperse con facilidad. Aunque técnicamente la fragilidad se
define más propiamente capacidad de ciertos materiales de
fracturarse o romperse en trozos más pequeños, sufriendo poca o
nula deformación debido a golpes o choques y a veces a cambios
de temperatura.
Ejemplos típicos de materiales frágiles son los vidrios comunes (como los de las ventanas,
por ejemplo), algunos minerales cristalinos, diamantes, cerámica, porcelana, grafito,
metales alcalinos, ladrillo y algunos polímeros como el polimetilmetacrilato (PMMA), el
poliestireno (PS), o el poliácidolactico (PLA), entre otros
Figura 2. Material frágil.
Figura 1. Material dúctil.
2. CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES: FÍSICAS Y MECÁNICAS
Tabla 1
Comparativa de características y propiedades físicas y mecánicas
Frágil Dúctil
Se fractura rápidamente cuando se
encuentra bajo la influencia de una fuerza o
al ser sometido a presión.
Es necesario aplicar una gran fuerza para
romper un material dúctil: sus átomos
pueden deslizarse unos sobre otros,
estirando el material sin romperse.
Los materiales frágiles, poseen poca o
limitada plasticidad
Los materiales dúctiles presentan
deformación plástica apreciable antes de
llegar a fractura.
Es lo contrario de la tenacidad y tiene la
peculiaridad de absorber relativamente poca
energía, a diferencia de la rotura dúctil
Su tenacidad o resistencia a la rotura de un
material se presenta cuando está sometido a
esfuerzos lentos de deformación.
Dado que los materiales frágiles son
capaces de absorber una cantidad muy
limitada de energía, no suelen ser deseables
a la hora de construir o edificar objetos
duraderos, como cimientos o puentes.
Los materiales dúctiles toleran métodos de
fabricación por deformación plástica y
soportan una mayor cantidad de uso, ya que
se deforman antes de romperse
La maleabilidad es la propiedad de la
materia, que junto a la ductilidad presentan
los cuerpos al ser elaborados por
deformación (en la mayoría de los casos no
se encuentran ambas cualidades en un
mismo material.)
Por lo cual pueden ser transformados en
láminas de acero y plástico o también en
todo tipo de filamentos, en este caso es muy
usado el aluminio para servir como
envoltorio de diferentes tipos de alimentos.
En la falla frágil apenas hay estricción La falla no presenta estricción
Las superficies de fractura son
microscópicamente lisas en mono-cristales
(clivaje) o amorfos y estriadas en poli-
cristales
Microscópicamente se observa la formación
de micro-cavidades en la superficie de
fractura (fractura por desgarro)
3. ENSAYOS
ENSAYO DE TRACCIÓN
Se define el ensayo de tracción como al esfuerzo al que se somete la probeta de un material
a un esfuerzo de tracción hasta que el material se rompe. Se utiliza para analizar la
resistencia que tiene un material al aplicar una fuerza que va creciendo gradualmente.
Una probeta con forma y dimensiones normalizadas según el material que sea, es sometida
a un esfuerzo de tracción en la dirección de su eje por una máquina que registra el esfuerzo
aplicado y el alargamiento producido en la probeta hasta que esta se rompe. En los ensayos
de tracción es preciso tener en cuenta la temperatura, ya que, los metales modifican sus
dimensiones con ella
Curva de tracción y fractura para diferentes materiales.
A. Frágiles.
B. Dúctiles.
C. Altamente elásticos (elastómeros polímeros).
ENSAYO FATIGA
La fatiga aparece en piezas que están sometidas a esfuerzos variables en magnitud y sentido
que se repiten con cierta frecuencia. Este fenómeno puede provocar que las piezas rompan
con cargas inferiores a las de rotura, incluso cuando se trabaja por debajo del límite
elástico, siempre que las cargas actúen durante un tiempo suficiente. Para que la rotura no
tenga lugar, con independencia del número de ciclos, es necesario que la diferencia entre la
carga máxima y la mínima sea inferior a un determinado valor, llamado límite de fatiga.
Figura 3. Representación esquemática
de una maquina usada en la realización
de un ensayo de tracción. La probeta es
alargada por el movimiento de la
cabeza. La célula de carga y el
extensómetro miden la magnitud de la
carga aplicada y la elongación
respectivamente.
Figura 4. Comportamiento de una curva
esfuerzo-deformación para materiales
4. Los ensayos de fatiga más habituales son la deflexión rotativa y torsión. En el proceso de
fatiga se distinguen tres fases esenciales: una de incubación a partir de la fisura interna, otra
de maduración progresiva y la última, instantánea, es la rotura efectiva.
ENSAYO DE RESILIENCIA
Resiliencia es la energía consumida en la rotura de la probeta, y valora de forma
aproximada la tenacidad, que es la capacidad de resistencia al choque.
El más característico es “El ensayo
de Charpy”
En este ensayo se utiliza una
probeta de sección cuadrada
provista de una entalladura que es
sometida a la acción de una carga
de ruptura por medio de un
martillo que se desplaza en una
trayectoria circular.
ENSAYO A LA COMPRESIÓN
La máquina de ensayo a la tensión se puede operar en sentido inverso, para aplicar a una
probeta carga consistente a la compresión en un cilindro de diámetro constante. Mediante
esta prueba resulta difícil obtener una curva esfuerzo-deformación útil, porque un material
dúctil cederá al tiempo que incrementa su área transversal, y detiene la máquina de prueba.
La muestra dúctil no se fractura a la compresión. Si hubiera suficiente fuerza disponible en
la maquina, se puede aplastar hasta que tome la forma de una oblea. La mayor parte de los
materiales dúctiles tienen una resistencia a la compresión similar a su resistencia ala
tensión, y la curva esfuerzo-deformación a la tensión es la que también se usa para
representar su comportamiento a la compresión. Un material con resistencias esencialmente
iguales tanto a la tensión como a la compresión se conoce como material uniforme.
Los materiales frágiles se fracturarán a la compresión. Observe la superficie de fractura,
áspera y en ángulo. Los materiales frágiles generalmente tienen una mucho mas elevada
resistencia a la compresión que a la tensión. Es posible generar curvas esfuerzo-
deformación a la compresión, ya que el material se fractura en vez de aplastarse, y sin que
el área transversal se modifique de manera apreciable. Un material con resistencias
diferentes a la tensión y a la compresión se conoce como material no uniforme.
Figura 5. Máquina del ensayo.
5. TIPOS DE FALLA: DUCTIL Y FRAGIL
FALLA DÚCTIL
La falla dúctil ocurre después de una intensa deformación plástica y se caracteriza por una
lenta propagación de la grieta. Esta fractura ocurre bajo una intensa deformación plástica.
La fractura adopta la forma típica copa-cono. Por tanto, la fractura se produce formando un
ángulo de 45º con la carga aplicada y se origina por tensiones de cizalladura.
Etapas en la fractura copa-cono:
a) Estricción inicial.
b) Formación de pequeñas cavidades.
c) La coalescencia de cavidades forma
una grieta
d) Propagación de la grieta.
e) Fractura final por cizalladura a un
Angulo de 45° respecto a la
dirección de la tensión.
Tipos de Fractura Dúctil:
o Fractura dúctil en Torsión.
o Fracturas Dúctiles Debidas a Cargas de corte.
o Fracturas Dúctiles Debidas a Cargas de Flexión.
o Fractura dúctil en Tracción fractura dúctil causada por una sobrecarga de tensión.
Figura 6. Fractura dúctil. Figura 7. Fractura copa-cono.
Figura 8. Etapas en la fractura copa-cono.
6. FALLA FRÁGIL
Una falla frágil generalmente es el resultado de una carga de impacto súbita. Ocurre de
repente y con poca deformación plástica.
Las superficies de fractura son macroscópicamente planas. La fractura se produce a un
ángulo de 90º con la carga aplicada y es originada por tensiones normales
Las fracturas Frágiles se pueden dividir en dos tipos:
a) Fractura Frágil por Clivaje o Transgranular. Posee una textura áspera. No hay
deformación plástica. Las grietas pasan a través de los granos. En materiales duros,
la superficie puede brillar como si tuviera diamantes. En materiales más blandos se
desarrolla una característica de superficie llamada “CHEVRON” o “SARDINETA”,
lomos que se propagan a medida que la fractura crece.
b) Fractura Frágil Intergranular. Poseen la mayoría de las características de las
fracturas frágiles por clivaje, la única diferencia es que no brillan tanto como las
causadas por clivaje. Fractura frágil por tracción (clivaje) La superficie de fractura
suele ser brillante y cristalinas. Superficie fibrosa, se observa la descohesión.
Figura 9. Fractura frágil. Figura 10. Fractura macroscópicamente plana
7. NORMAS QUE LO ACREDITAN
Normas que lo acreditan “Ductility and Formability (Workability) Testing”:
o ASTM E 558-83: Standard Test Method for Torsion Testing of wire, 1983.
o ASTM E 643-84 (Reapproved 1995): Standard test method for ball punch
deformation of metallic sheet material.
o 5.55 ASTM E 290-97a: Standard test method for bend testing of material for
ductility.
o ASTM A 938-97: Standard test method for torsion testing of wire.
o ASTM E 23-98: Methods for notched bar impast testing of metallic materials.
o ISO 8490: Metallic materials - sheet and strip - modified Erichsen cupping test,
1986.
o ISO 7438: Metallic materials - bend test, 1985.
o ISO 7799: Metallic materials - sheet and strip 3 mm thick and less - reverse bend
test, 1985.
o ISO 7800: Metallic materials; wire; simple torsion test, 1984.
o ISO 7801: Metallic materials; wire; reverse bend test, 1984.
o ISO 9649: Metallic materials; wire; reverse torsion test, 1990.
o ISO 12004: Metallic materials - guidelines for the determination of forming limit
diagrams, 1997.
o ISOITR 14936: Metallic materials - strain analysis report, 1998.
