Explicacion Clase S-3. Ingenieria Electromecanica

CLASE CIENCIA DE LOS
MATERIALES
TEMA: PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MATERIALES
Autor: Ing. Jose Luis Alfaro Picado
Docente Mecánica Aplicada
Carrera Electromecánica
UTN, Sede Central

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MATERIALES
COROLARIO: CONCEPTOS DE ESFUERZO Y DEFORMACIÓN (Callister, William D. - Introducción a la ciencia e ingeniería
de los materiales, ed REVERTE)
Se define al esfuerzo σ (sigma) como el producto de una fuerza dividida por el área de
aplicación de dicha fuerza. Se denota por la ecuación:
Esta ecuación funciona muy bien para materiales que exhiben un comportamiento isotrópico
(que su deformación es proporcional en las 3 dimensiones).
0
F
A
 

Si una carga es estática o bien, cambia de forma relativamente lenta con el tiempo y es
aplicada uniformemente sabre una sección o superficie de una pieza, el comportamiento mecánico
puede ser estimado mediante un simple ensayo esfuerzo-deformación unitaria 𝜎 𝜀 . Con metales,
este ensayo se realiza normalmente a temperatura ambiente. Existen tres principales maneras de
aplicar la carga, a saber: Tracción, Compresión y Cizalladura (cortante y torsión). En las
aplicaciones de ingeniería, muchas cargas son torsionales más que de cizalladura pura.

Esfuerzo a Tracción y Compresión

Esfuerzo a Cortante (cizalladura pura)

Esfuerzo a Torsión (cizalladura a lo largo de un eje)

COROLARIO: DIAGRAMA ESFUERZO - DEFORMACIÓN (Callister, William D. - Introducción a la ciencia e ingeniería de los
materiales, ed REVERTE)
E
 



E
Zona
Elástica
Límite
Elástico o de
Fluencia
Zona
Plástica
Zona de
Transición
(elastoplástica)
Esfuerzo Último
U.T.S.
Esfuerzo de
Ruptura
y

u

0
0
0
0
0
y
y
u
u
f
F
E
A
F
A
F
A
l l
l
l l
 



 




 

1) ¿QUÉ ES ELASTICIDAD?
R/: Se refiere a la propiedad de un material de restituir su geometría original luego de
que es deformado. Esto sucede en un rango de deformaciones llamado “zona elástica” dentro del
diagrama Esfuerzo – deformación. Dicho diagrama grafica el comportamiento de la variable
esfuerzo 𝜎 contra la variable deformación unitaria 𝜀 . Como resultado del gráfico, se obtiene la
pendiente E que representa lo que se llama Módulo de Elasticidad o de Young (por el apellido de
quien lo descubrió). También se logra determinar que el valor del esfuerzo 𝜎 es proporcional al
valor del Módulo de Elasticidad por el valor de la deformación unitaria (o deformación porcentual)
𝜀 de la siguiente forma:
E
 


1) ¿QUÉ ES ELASTICIDAD?
La elasticidad se mide dependiendo del tamaño de la zona elástica del material, que
comprende toda la línea recta desde el inicio del diagrama hasta el límite de fluencia. Casi todos
los materiales que se utilizan en las industrias donde están involucradas vidas humanas (civil,
automotriz, ferroviaria, naval, aeronáutica, etc) están calculados y seleccionados para operar bajo
el límite de fluencia [𝑆 ].

COROLARIO: ANELASTICIDAD (Callister, William D. - Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales, ed REVERTE)
Hasta ahora se ha supuesto que la deformación elástica era independiente del tiempo, o sea,
que una tensión aplicada producía una deformación elástica instantánea que permanecía constante
durante el tiempo que se mantenía aplicada la carga. También se ha supuesto que, al retirar la carga, la
deformación se recuperaba totalmente, o sea: la deformación volvía a cero de forma instantánea. En
muchos materiales de ingeniería, sin embargo, existe una componente de la deformación elástica que
depende del tiempo; es decir, la deformación elástica continua aumentando después de aplicar la carga,
y al retirar la carga se requiere que transcurra algún tiempo para que el material se recupere
completamente. Este comportamiento elástico dependiente del tiempo se denomina anelasticidad, y es
causado por la dependencia del tiempo de los mecanismos microscópicos que tienen lugar cuando el
material se deforma. En los metales, la componente anelástica es normalmente pequeña y, a menudo,
despreciable. Sin embargo, en algunos materiales polímeros su magnitud es importante; en este caso se
denomina comportamiento viscoelástico.

COROLARIO: PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LOS MATERIALES (Callister, William D. - Introducción a la ciencia e ingeniería
Cuando sobre un metal se aplica una tracción, se produce un alargamiento elástico y una
deformación 𝜀 en la dirección de la carga aplicada (la cual se tomará arbitrariamente como la
dirección z), tal como se indica en la figura. Como resultado de este alargamiento, se producirán
constricciones en la direcciones laterales (x e y ) perpendiculares a la dirección de la aplicación de
la tensión. A partir de estas contracciones, se pueden determinar las deformaciones de compresión
𝜀 y 𝜀 . Se define un parámetro denominado coeficiente de Poisson como el cociente entre las
deformaciones laterales y axiales, o sea: y
x
z z



 
 

0
0
/ 2
2
/ 2
2
z
x
z z
x x
l
l
l
l





 

El signo negativo se incluye en la expresión para que 𝑣 sea siempre positivo, puesto que 𝜀
y 𝜀 siempre son de signo opuesto. Esto funciona cuando los sólidos son Isotrópicos. La isotropía es
una propiedad que se visualiza en la figura anterior. Mientras que se produce una deformación a
Tracción en el eje x, entonces se deforma a Compresión en los demás ejes coordenados. Es lo que se
llamaría un comportamiento natural a la deformación. Cuando la deformación no es de esta
manera, el sólido es Anisotrópico (de anisotropía).

2) ¿QUÉ ES PLASTICIDAD?
R/: Se refiere a la propiedad de un material de mantener su geometría luego de que es
deformado. Esto sucede en un rango de deformaciones llamado “zona plástica” dentro del
diagrama Esfuerzo – deformación. Cuando el material es llevado a esta zona, ya le es imposible
restituir a la geometría original antes de aplicar dicha deformación. Se utiliza esta propiedad en
procesos de manufactura como doblado, troquelado, embutido, entre otros.

3) ¿QUÉ ES DUCTILIDAD?
R/: Es la medida o cuantificación de la capacidad de un material de soportar deformación
plástica permanentemente. Los materiales de naturaleza dúctil son los que se utilizan en la industria
donde intervenga el ser humano (civil, automotriz, ferroviaria, naval, aeronáutica, etc) ya que es
necesario que dichos materiales tengan la capacidad de soportar deformación plástica antes de la
ruptura. Los materiales dúctiles poseen un rango plástico amplio, la curva de deformación plástica
muchas veces es bastante constante y no tan pronunciada.

4) ¿QUÉ ES DUREZA?
R/: Es la medida o cuantificación de la resistencia de un material de soportar deformación
tanto geométrica como superficial. Los materiales que son duros o muy duros pueden resistir mucha
carga de deformación casi siempre superficial, sin embargo, tienen muy poco rango plástico para
soportar la deformación geométrica. Cuando un material es excesivamente duro, tiende a ser frágil.
La alta Resistencia Mecánica (capacidad de soportar esfuerzos combinados) se asocia a una dureza
elevada, sin embargo casi siempre es una propiedad nociva en la industria que se relaciona con la
actividad humana. La dureza es muy necesaria en aplicaciones donde se requiere mucha resistencia
a la abrasión (erosión superficial). La dureza es lo opuesto a la ductilidad.

COROLARIO: TREFILABILIDAD Y MALEABILIDAD
Trefilabilidad: es la capacidad que tiene un material de poder convertirse en hilos. No es una
propiedad mecánica que se enliste en hojas de datos. Está asociada a una ductilidad excesiva, por
lo tanto, es una variante de ella. El cobre es un ejemplo de material trefilable para la fabricación
de cable conductor eléctrico.
Maleabilidad: es la capacidad que tiene un material de poder convertirse en láminas, o de ser
laminado. Al igual que la trefilabilidad, no es una propiedad mecánica que se enliste en hojas de
datos, y está asociada a una ductilidad excesiva, por lo tanto, es una variante de ella. El oro y la
plata son ejemplos de materiales maleables para la fabricación de productos de joyería.

5) ¿QUÉ ES RESILENCIA?
R/: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía de impacto y luego
cederla la medio circundante. Es un complemento de la ductilidad. Cuando un material es dúctil, casi
siempre es resiliente bajo condiciones ambientales estándar. Se evalúa con el ensayo Charpy. Es una
propiedad fundamental en las industrias relacionadas con las actividades humanas (civil, automotriz,
ferroviaria, naval, aeronáutica, etc).

6) ¿QUÉ ES TENACIDAD?
R/: Es la capacidad que tiene un material de absorber carga cíclica antes de la fractura.
La carga cíclica está definida por la sucesión de ciclos de compresión-tracción en un material
determinado. Es el ejemplo clásico de los ejes que conectan fuentes motrices con cargas variables
como molinos, sistemas de bombeo, cigüeñales.
Se evalúa en el ensayo de Fatiga.

7) ¿QUÉ ES FRAGILIDAD?
R/: Es la resistencia que tiene un material de soportar deformación superficial. Es el
extremo de la dureza. Carecen de rango plástico. Usualmente cuando el esfuerzo aplicado en un
material frágil sobrepasa el límite de fluencia, se produce la ruptura súbita del material sin
deformación alguna. Algunos útiles de corte en la mecánica de precisión son de naturaleza frágil,
como los insertos de carburo de Wolframio (tungsteno). Otro ejemplo de materiales frágiles son las
cerámicas (aislantes eléctricos) y los cristales comerciales (vidrios).

Explicacion Clase S-3. Ingenieria Electromecanica

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Similar a Explicacion Clase S-3. Ingenieria Electromecanica

Similar a Explicacion Clase S-3. Ingenieria Electromecanica (20)

Último

Último (20)

Explicacion Clase S-3. Ingenieria Electromecanica