Este documento trata sobre las propiedades mecánicas de los materiales. Define las propiedades mecánicas como aquellas relacionadas con el comportamiento de los materiales bajo cargas. Luego describe varias propiedades mecánicas comunes como resistencia, módulo de elasticidad, ductilidad y fatiga. Finalmente, explica brevemente diferentes ensayos mecánicos como tracción, compresión y flexión que se usan para medir estas propiedades.

1. PROPIEDADES MECÁNICAS
DÉCIMO “A”
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA
CARRERA INGENIERIA CIVIL
COMPUTACIÓN APLICADA
INTEGRANTES:
JHOANA CRISTINA TORO MORENO
JOSÉ LUIS ROBALINO LARA

2.  Definición
 Antecedentes de ensayos
mecánicos de materiales
 Tipos de propiedades mecánicas
comunes
 Análisis de fallas

3. MECHANICAL PROPERTIES
(PROPIEDADES MECÁNICAS)
• Propiedades que tienen que ver con el comportamiento de los
materiales bajo cargas.
Definición:

4. Objetivo.- Determinación de la respuesta de los materiales a la
aplicación de una fuerza.
(Avg. Stress) Esfuerzo promedio =carga/área tensionada.
TESTING OF MATERIALS
(ENSAYO DE MATERIALES)
• Esfuerzo de Tensión: Tiende a separar
a un miembro aparte.
• Esfuerzo de Compresión: Tiende a
aplastar a un cuerpo.

5. • Esfuerzo cortante: Tiende a dividir a
un miembro.
• Esfuerzo torsional: tiende a torcer un
miembro.
• Esfuerzo de Flexión: Tiende a curvar
un miembro.

6. UTM es usado para medir las respuestas de los materiales a los tres
esfuerzos principales (Tensión, Compresión, Corte)
UNIVERSAL TESTING MACHINE
MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYO (UTM)

7. Carga/ (Área de esfuerzo original) --------------------->Esfuerzo
Deformación/ (Longitud original) --------------------->Deformación
STRESS/STRAIN DIAGRAM
DIAGRAMA ESFUERZO/DEFORMACIÓN
Geometría-Dependiente Geometría-Independiente
Diagrama ---------------------> Diagrama

8. Elasticidad:
Habilidad de los
materiales para
regresar a su forma
original al ser
descargados.
Plasticidad:
Habilidad de los
materiales que pasa
por una deformación
permanente sin
fractura.

9.  Propiedades derivadas del
diagrama esfuerzo/deformación
 Resistencia al impacto
 Dureza
 Fatiga
 Flujo plástico
 Esfuerzo de Rotura

10.  Resistencia
 Rigidez
 Ductilidad
 Módulo de resiliencia
 Módulo de tenacidad

11. Esfuerzo máximo resistente de un material al resistir cambios en su
forma, y es igual a Carga máxima/ Área de esfuerzo original
a. ULTIMATE STRENGTH (RESISTENCIA ÚLTIMA)
• Resistencia a la tracción (Aleación metálica (Aceros), Compuestos
(FRP(Fibra Plástica reforzada)))
• Resistencia a la compresión (Hierros fundidos, T.S. Polímeros,
Cerámicas).
• Resistencia al corte = 40% de la resistencia a la tracción.
• Resistencia Especifica = resistencia a la tracción/densidad.

12. El punto de fluencia es el esfuerzo que corresponde al punto de inicio a la
deformación plástica. Este punto en algunos materiales del diagrama
esfuerzo-deformación está indicado por una pequeña región plana. El esfuerzo
permitido (seguro), debe estar muy por debajo de este punto.
b. YIELD POINT STRESS/YIELD STRENGTH
(PUNTO DE FLUENCIA/LÍMITE ELÁSTICO)
Dicho punto se determina mediante el método de desplazamiento (el punto
de intersección de la curva y una línea dibujada desde el punto 0.2%, paralelo
a la pendiente), y el esfuerzo asociado se denomina límite elástico.

13. Es la resistencia del material debido a la deformación elástica, y se
determina por el módulo de elasticidad del material (E) o Módulo
de Young.
Módulo de elasticidad del
material se mide por la
pendiente de la parte lineal de
la curva, como se muestra en
la figura.
Cuanto mayor sea la
pendiente (o E), el más
material es más rígido.

14. Cerámicas (SiC: Carburo de silicio), aleaciones metálicas (aceros) y
compuestos (Gr./Epoxy es una mezcla única de resinas epóxicas de alta
resistencia) se caracterizan por tener una alta rigidez
rigidez específica = límite de rotura del material / densidad

15. Es una propiedad que mide la de elasticidad de un material.
DUCTILITY (DUCTILIDAD)
Se calcula por una de las siguientes 3 fórmulas:
%Ductilidad = tensión a la fractura * 100
% Elongación = cambio en la longitud/longitud inicial
% Reducción en Area = cambio en la longitud/longitud inicial

16. Las aleaciones forjadas son dúctiles y polímeros tienen una alta
ductilidad.
Cerámicas y aleaciones fundidas son frágiles y tienen poca o 0%
ductilidad. Cuando se realiza la selección de materiales para los
procesos de fabricación tales como doblado en frío, forjado, y extrusión
debe basarse en esta propiedad (esto es del 30%-50% de ductilidad).

17. Máxima cantidad de energía elástica por unidad de volumen que un
material puede absorber, a baja velocidad de deformación, y se mide
por el área bajo la parte lineal de la curva tensión / deformación,
como se muestra en la figura.
Resiliencia es una propiedad
inversamente proporcional al
módulo de elasticidad, mientras
menor es el módulo, más
resistente es el material. Esta
propiedad es directamente
proporcional a la resistencia a la
fluencia del material.

18. Selección de materiales para componentes como resortes laminados,
clock spring, hojas de cuchillos, palos de golf, partes de las máquinas
en caso de impactos a baja velocidad, etc. se debe basar en esta
propiedad.

19. TOUGHNESS (TENACIDAD)
Máxima cantidad de energía plástica por unidad de volumen que un
material puede absorber, para producir fractura, a baja velocidad de
deformación, y se mide por el área total bajo la curva de tensión /
deformación, tal como se muestra en la figura:
La 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 son
medidas hasta que se fracturan. La
fuerza asociada se conoce como
resistencia al impacto.

20. Materiales dúctiles (como la mayoría de los metales y polímeros)
tienen una buena tenacidad y resistencia al impacto. Los materiales
frágiles como la cerámica y aleaciones fundidas tienen tenacidad
insignificante.
El ensayador de impacto
(tipo péndulo) utiliza
cualquiera de los dos
probetas estándar
muescadas, la probeta
Charpy (horizontal en
forma de viga I) o la Izod
(viga en voladizo vertical)
para medir la energía
requerida (ft.lb) para
fracturar la probeta.

21. Otra manera de ensayar muestras por
impacto es con la prueba de caída de peso.
Medidas de las probetas a ensayarse:
a= 2,165” ≃ 55 mm R= 0,01” ≃ 0,25 mm
b= 0,394” ≃ 10 mm α= 45°
c= 0,394” ≃ 10 mm
d= 0,315” ≃ 8 mm

22. La temperatura de transición o temperatura de ductilidad nula, es
una temperatura en virtud de la cual, el material dúctil se vuelve
frágil. Bajo esta temperatura, la dureza disminuye. En la selección de
materiales para una aplicación de baja temperatura, para evitar la
disminución de tenacidad, la temperatura de transición del material
seleccionado debe ser inferior a la temperatura de aplicación o real.
Selección de Materiales
Se toman en cuenta
dos materiales:
a. acero de bajo
carbono
b. aluminio de la
misma resistencia a la
fluencia que el acero

23. Seleccionar un tipo de material para realizar el ensayo del impacto en
la máquina para las siguientes aplicaciones:
I) Al realizar el impacto en la máquina, la probeta permanece
intacta después de un impacto de baja velocidad.
II) Un mejor equipo de protección en caso de colisión de alta
velocidad.
APLICACIÓN I
1. Absorción de energía elástica
2. Módulo de resiliencia
3. Seleccionar el esfuerzo con el que se genera el más alto Módulo
de resiliencia
4. Seleccionar el esfuerzo con el que se da el más bajo E.
5. Seleccionar aluminio (ESt=3EAl)

24. APLICACIÓN II
1. Absorción de energía plástica
2. Módulo de tenacidad
3. Seleccionar el esfuerzo con el que se da el más alto Módulo de
tenacidad.
4. Seleccionar el esfuerzo con el que se genera el más bajo % el.
5. Seleccionar acero (St%el=3Al%el)

25. La resistencia de la superficie del material contra las hendiduras y
arañazos.
• La superficie -. La dureza sirve como un factor en la selección de un
material para aplicaciones de contacto deslizante, tales como
engranajes, frenos y embragues, rodamientos de bolas / rodillos,
etc.
• Esta propiedad está especificada en los planos de ingeniería para
fabricación o tratamiento térmico.
• Las aleaciones metálicas -. Tienen buena dureza, aleaciones de
fundición y cerámica son materiales muy duros.
HARDNESS (DUREZA)

26. • El tipo más común de medición (destructiva) se basa en la
calibración ya sea la profundidad (Rockwell, Rockwell superficial) o
el diámetro (Brinell, Vickers, Knoop) de impresión dejada de obligar
a un penetrador en la superficie del material. Otras medidas (no
destructiva) son dependientes de la frecuencia natural (ondas
acústicas), la altura de la propiedad de rebote (borde) de los
materiales.
Especificación de número de dureza: XXX H X X
XXX H X X
Dureza # código Método Escala Rockwell

27. Penetrador Carga Aplicación Método
Diamante 1g a 2000 g Microdureza de los aceros
suaves a la cerámica.
Vickers, Knoop
Bola 500 y 3000 Kg Aceros y metales blandos
hasta 40 HRC
Brinell
Bola 100 Kg Aceros suaves y metales no
ferrosos
Rockwell
Bola 15, 30 y 45 Kg Metales blandos finos Rockwell superficial
Diamante 15, 30 y 45 Kg Chapas metálicas delgadas
duras
Rockwell superficial
Diamante 50 Kg Carburos cementados Rockwell
Bola 10 Kg Polímeros Rockwell, Vickers
Aguja Resorte Elastómeros Shore
Diamante 150 Kg Metales endurecidos
(espesor)
Rockwell

28. • 50 -60 HRC significa: un valor de dureza de 50 a 60
utilizando la escala Rockwell C.
• 85 HR15T significa: un valor de dureza máxima de 85
utilizando el Rockwell Superficial,
• 185-2401kgF HV significa: un valor de dureza de 185 a 240 con
el probador de dureza Vickers y una carga de prueba de 1
kilogramo-fuerza.
• 500200gF HK min. significa: un valor de dureza mínima de 500
con el medidor de dureza Knoop y una carga de prueba de 200
gramos-fuerza.
EJEMPLOS:

29. Los materiales fallan debido a una tensión alterna repetida (muy por
debajo de la resistencia a la fluencia) se denomina falla por fatiga.
• La falla por fatiga se producen después de una serie de ciclos (vida)
de las tensiones.
• La resistencia a la fatiga es un factor importante en el proceso de
selección de materiales para aplicaciones de carga cíclica.
FATIGUE (FATIGA)

30. • Un eje de rotación bajo una carga transversal se utiliza para
determinar la capacidad de un material para resistir tensiones
cíclicas. Un punto de la superficie a través de puntos de entrada una
inversión completa de la tensión a la compresión con cada rotación.
La fuerza (S) y el número de ciclos (N) en las que el componente no
se registran. S y N son compilados para diferentes condiciones de
carga, y se utilizan para la construcción del diagrama de fatiga S-N.

31. • El límite de resistencia es una resistencia a la fatiga en las que el
componente tiene vida indefinida, como se muestra en la figura.
• La resistencia a la fatiga de los metales de ingeniería son
aproximadamente el 50% de su resistencia a la tracción, la cerámica
no se utilizan en la carga cíclica, materiales poliméricos y materiales
compuestos son muy sujetos a la fatiga.

32. Es un proceso lento de la deformación plástica que se produce
cuando un material está sometido a una carga constante
(esfuerzo) por debajo del límite elástico en cierto período de
tiempo.
La mayoría de los metales sólo se deforman cuando están
sometidos a una temperatura elevada (0,5 de su temperatura de
fusión absoluta).
El flujo plástico puede ser un factor importante de selección con
metales de baja temperatura de fusión y polímeros.
El ensayo del flujo plástico se lleva a cabo simplemente
sometiendo a tracción a una probeta bajo una carga constante. La
deformación es medida en un periodo de tiempo.

33. La deformación plástica se
produce en 3 etapas;
decreciente, en estado
estacionario, y el aumento
de valores, como se muestra
en la figura.
Es el esfuerzo requerido para causar una promedio de valores
especificados del flujo plástico en una temperatura dada. Los valores
más comunes son 1% elongación/10,000 hr, y 1% elongación/100,000
hr

35. Es similar al ensayo de flujo plástico se determina el esfuerzo en la
que una parte fallará bajo una carga constante a temperatura
elevada, sin embargo es diferente de dos maneras:
1) Las variables controladas son el esfuerzo y la temperatura, y
2) la variable medida es el tiempo requerido para la rotura.
Esta prueba tiene la ventaja porque
requiere menor tiempo para realizar
el ensayo. El ensayo esfuerzo de
rotura es importante para metales y
cerámica ya que son destinados a un
servicio de alta temperatura. Esta
prueba no se realiza normalmente en
polímeros.

36. CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS
Si un miembro bajo una carga contiene una ranura, agujero,
cualquier irregularidad en la geometría, el esfuerzo inducido en el
área de la ranura del elemento se ampliará por un factor de
concentración de esfuerzos:
Smax=Kf*S
Donde:
Kf, es el factor de concentración de esfuerzos y aparece en las
tablas de diferentes irregularidades en la geometría bajo
diferentes condiciones de carga (es decir, la tensión, flexión,
torsión).

37. S, es el esfuerzo en el elemento sin ninguna irregularidad en la
geometría (es decir, Carga/Área).
Smax, es el esfuerzo local en la zona de concentración de
esfuerzos.