Propiedades mecánicas

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

EVOLUCIÓN DE LOS MATERIALES

LOS MATERIALES

• Ciencia de los materialesInvestigar la relación entre la naturaleza de los

materiales (estructura y composición química) y sus propiedades.

• Ingeniería de los materialesDiseñar o proyectar la macroestructura de un material para conseguir un conjunto determinado de

propiedades. Se fundamenta en las relaciones entre la estructura y las propiedades.

• Composición:Constitución química de un material.

• Estructura:Disposición de elementos estructurales (no implica

orden necesariamente) y tipo de elementos estructurales.

Los elementos estructurales de los materiales son los átomos o moléculas:

Estructura = estructura cristalina y composición química.

• Propiedad:Tipo y magnitud de la respuesta del material a un

estímulo específico.

Tipos de Propiedades:• Mecánicas, eléctricas, térmicas, magnéticas, ópticas y

químicas.

Estímulos:• Carga o fuerza aplicada, campo eléctrico, condiciones

térmicas, campo magnético, radiación electromagnética (lumínica), y condiciones químicas.

Las propiedades de los materiales son decisivas a la hora de elegir un material para una determinada aplicación.

Los cambios en las propiedades del material se deben a un cambio en su estructura interna (microestructura,

macroestructura).

Una de las funciones más importantes de los científicos e ingenieros de materiales es establecer las relaciones entre las propiedades de un material o un dispositivo y el desempeño y la microestructura del material, su composición y la manera en

la que el material o dispositivo se sintetizó o procesó.

TETRAEDRO DE LA CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES

PROPIEDADES MECÁNICAS

Las propiedades mecánicas de los materiales dependen

de su composición y microestructura.

La composición de un material, la naturaleza del enlace,

la estructura cristalina y los defectos tienen una

influencia profunda en la resistencia y ductibilidad de los

materiales metálicos.

Las propiedades mecánicas pueden definirse como

aquellas que tienen que ver con el comportamiento de

un material bajo fuerzas aplicadas.

Las propiedades mecánicas se expresan en términos de

cantidades que son funciones del esfuerzo o de la

deformación o ambas simultáneamente.

En muchas de las tecnologías emergentes actuales, el énfasis principal está en las propiedades mecánicas de los materiales utilizados.

IMPORTANCIA TECNOLÓGICA

Habilidad para funcionar

bajo una carga de impacto.


El procesamiento de materiales requiere una comprensión detallada de las propiedades mecánicas de los materiales a distintas temperaturas y condiciones de carga.

También se debe comprender cómo el procesamiento de los materiales puede cambiar las propiedades de éstos.


Existen distintos tipos de fuerzas o “esfuerzos” que se encuentran al tratar con las propiedades mecánicas de los materiales.

EsfuerzoFuerza que actúa por unidad de área sobre la que se aplica la fuerza. Se expresa por lo general en psi o en Pa.

Deformación unitariaSe define como el cambio en dimensión por

unidad de longitud. No tiene dimensiones y con frecuencia se expresa como pulg/pulg o cm/cm.

TERMINOLOGÍA DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS


De tensión De Compresión Cortante

Material elástico

Deformación

Esfu

erzo

Esfu

erzo

Deformación

Material no linealTangente trazada

en el punto mostrado.

La pendiente cambia con el nivel de esfuerzo

y el valor de la pendiente, el cual varía,

reemplaza a E.

Pendiente = E

Deformación elástica:Deformación recuperable por completo que resulta a partir de un esfuerzo aplicado.

El esfuerzo elástico y la deformación elástica están relacionados de manera lineal.


Módulo de Young o módulo de elasticidad (E):

psi o Pa.

Elastómeros (relación no lineal)


Cantidad variable que desplaza al

Módulo de Young.

Modulo Cortante (G):Pendiente de la parte lineal de la curva esfuerzo cortante – deformación cortante.


Deformación plástica:Deformación permanente de un material.

La rapidez con que se desarrolla la deformación en un material se define como la rapidez de deformación (s-1).


Cuando los materiales se someten a rapideces de deformación altas se refiere a este tipo de carga como carga de impacto.

Material viscoso:Se desarrolla la deformación durante un tiempo y el material no regresa a su forma original después de

que se elimina el esfuerzo.


Material viscoelástico (anelástico):Material con una respuesta entra la de una material viscoso y un material elástico.

A diferencia de un material viscoso, cuando se elimina el esfuerzo aplicado, parte de la deformación en un material viscoelástico se recuperará después de un tiempo.


Recuperación de la deformación:Cambio en la forma de un material después de que se elimina el esfuerzo que ocasiona la deformación.

Relajación de esfuerzo:En los materiales viscoelásticos mantenidos bajo una deformación constante, si se espera, el nivel de

deformación disminuye en un periodo de tiempo.

RESPUESTAS DE DEFORMACIÓN

Ciclo del esfuerzo

Esfu

erzo

Tiempo

Aplica Elimina

El espécimen es cargado a un esfuerzo dado y se descarga de manera subsecuente.

TiempoDef

orm

ació

n

Sólido elástico ideal

TiempoDef

orm

ació

nDeformación elástica y

plástica

ViscoelásticoTiempoD

efor

mac

ión

TiempoDef

orm

ació

n

Parecido al caucho

Flujo viscoso

TiempoDef

orm

ació

n

TiempoDef

orm

ació

nTermofluencia

RESPUESTAS DE DEFORMACIÓN

RESPUESTAS DEL ESFUERZO

Esfu

erzo

Tiempo

Respuesta del esfuerzo La deformación es constante, el esfuerzo disminuye con el tiempo.

Termoplásticos

Relajación de esfuerzo en un material viscoelástico. La deformación es constante.

Cuando se trata con materiales fundidos, líquidos y dispersiones (pinturas o geles), se requiere una descripción

de la resistencia al flujo bajo un esfuerzo aplicado.

MATERIALES NEWTONIANOS

Si la relación entre el esfuerzo cortante aplicado (t) y la rapidez de deformación cortante () es lineal, se refiere a un

material newtoniano.

t = h Viscosidad

Pa s, poises (P) o g/cm s1 Pa s = 10 P = 1000 cP

La viscosidad cinemática es la relación de la

viscosidad y la densidad.

VISCOSIDAD CINEMÁTICA

n = h / r

Con viscosidad en poises y la densidad en g/cm3, la

unidad de la viscosidad cinemática es el Stoke (cm2/s).

MATERIALES NO NEWTONIANOS

Si la relación entre el esfuerzo cortante aplicado (t) y la rapidez de deformación cortante (g) es NO lineal, se refiere a

un material NO newtoniano.

t = h m

Se clasifican en:Adelgazados por corte (pseudo-plásticos)

Engrosados por corte (dilatadores)

MATERIALES NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS

Rapidez de deformación cortante ()

Esfu

erzo

cor

tant

e (t

)

Adelgazamiento por corte

NEWTONIANO

Engrosamiento por corte

Adelgazamiento por corte con fluencia

Plástico de Bingham (adelgazamiento por

corte)

Engrosamiento por corte con fluencia

hap

VISCOSIDAD APARENTE

Fluidos NO Newtonianos

No dependientes

del tiempo

Dilatadores

Harina de maíz mezclada con agua, arena mojada, TiO2

Pseudo-plásticos

CatsupSuspensiones

acuosas de arcilla

Plásticos de Bingham

ChocolateCatsupPinturaGeles

Dependientes del tiempo

Tixotrópicos

Fluidos Newtonianos

PLÁSTICOS DE BINGHAM

El fluido que se comporta como un sólido hasta que se excede un esfuerzo de deformación mínimo y exhibe subsecuentemente una relación lineal entre el esfuerzo y la relación de deformación.

Aplicable al comportamiento de muchos fluidos de la vida real como plásticos, emulsiones, pinturas, sólidos en suspensión.

Requieren de un esfuerzo dado para poder fluir.

COMPORTAMIENTO TIXOTRÓPICO

Por lo general contienen algún tipo de red de partículas o moléculas.

Cuando se aplica la deformación cortante suficientemente grande, la red o estructura tixotrópica se rompe y el material empieza a fluir.

A medida que el corte se detiene, la red comienza a formarse de nuevo y la resistencia al flujo aumenta.

MATERIALES REOPÉCTICOS

Muestran un incremento en la viscosidad aparente como una función del tiempo y a una rapidez de deformación cortante resultante.

Las propiedades reológicas de los materiales se determinan utilizando instrumentos conocidos como viscosímetro o reómetro.

PRUEBA DE TENSIÓN: USO DEL DIAGRAMA ESFUERZO-

DEFORMACIÓN UNITARIA

PRUEBA DE TENSIÓN: USO DEL DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIÓN UNITARIA

La prueba o ensayo de tensión es popular dado que las propiedades obtenidas pueden aplicarse al diseño de distintos componentes.

La prueba de tensión mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada de manera lenta (10-4 a 10-2 s-1).

Cruceta movible

Fuerza

Long.Calibrada

Diámetro

Mordaza

Mordaza

Máquina universal:DeformímetroExtensómetro

Deformación

Esfu

erzo

Deformación

Esfu

erzo

Mat. termoplásticos sobre la TV

Elastómero

Deformación

Esfu

erzo

DeformaciónEs

fuer

zo

Cerámicas, vidrios y concreto

CURVAS DE ESFUERZO – DEFORMACIÓN A LA TENSIÓN

Esfuerzo ingenieril: Deformación ingenieril:

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN INGENIERILES

Resultados de una prueba de tensión de una barra de prueba de aleación de aluminio de 0.505 pulg de diámetro, lo = 2 pulg.

Cambio en longitud (pulg)Carga (lb)

EJERCICIO

Convierta los datos del cambio en longitud en la

tabla anterior a esfuerzo y deformación

ingenieriles y grafique una curva de esfuerzo-

deformación.

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN INGENIERILESEs

fuer

zo in

geni

eril

S (p

si)

Deformación ingenieril e (pulg/pulg)

Límite elástico

Resistencia a la tensión

Módulo de elasticidad

Estiramiento elástico

Resistencia a la fluencia

Deformación plástica Resistencia a la rotura

Deformación a la falla

UNIDADES

Pruebas de tensión:

Esfuerzo psi o Mpa

Deformación pulg/pulg, m/m, cm/cm adimensional

Unidades y factores de conversión1 libra (lb) = 4.448 N

1 Mpa = MN/m2 = N/mm2 = 106 Pa1GPa = 1000 Mpa

1 ksi = 1000 psi = 6.895 Mpa1 psi = 0.006895 Mpa

1 Mpa = 0.145 ksi = 145 psi

EJERCICIO

Una barra de aluminio debe soportar una fuerza aplicada de 45000 libras.

A fin de que la seguridad sea infalible, el esfuerzo máximo permisible sobre la barra se limita a 25000 psi.

La barra debe ser de al menos 150 pulg de largo pero no debe deformarse de manera elástica más de 0.25 pulg cuando se aplique la fuerza.

Diseñe una barra apropiada.

PROPIEDADES OBTENIDAS A PARTIR DE LA PRUEBA DE

TENSIÓN

RESISTENCIA A LA FLUENCIA

Limite elástico:Es el esfuerzo en el cual el material inicia el proceso de

deformación plástico.

Límite proporcional:Nivel de esfuerzo sobre el cual la relación entre el esfuerzo y la deformación es no lineal.

Debido a que no es fácil definirlos, en la curva de S – e se elige el límite elástico cuando tiene lugar un 0.2% de deformación plástica. El límite elástico al 0.2% también se denomina valor de deformación compensado.

Determinación de la resistencia a la fluencia compensada al 0.2 % en el hierro fundido gris.


Comportamiento del punto de fluencia superior e inferior en un acero al bajo carbono

Esfu

erzo

inge

nier

il S

(psi

)


Punto de fluencia inferior

Punto de fluencia superior


Cuando se diseñan partes para aplicaciones de soporte de carga, se prefiere que haya poca o ninguna deformación plástica.

Como resultado se debe seleccionar un material tal que el esfuerzo del diseño sea considerablemente menor que la resistencia a la fluencia a la temperatura a la que se utilizará el material.

Por otro lado, cuando se desea moldear materiales en componentes (por ejemplo, tomar una hoja de acero y formar el chasis de un automóvil), se necesita aplicar esfuerzos que estarán muy por encima de la resistencia a la fluencia.


RESISTENCIA A LA TENSIÓNResistencia a la tensión (Srt):

Esfuerzo obtenido en la fuerza aplicada más alta.

Resistencia máxima a la tracción.

RESISTENCIA A LA TENSIÓNResistencia a la tensión (Srt):

Esfuerzo obtenido en la fuerza aplicada más alta.

Resistencia máxima a la tracción.

Desarrollo de un cuello

Fuerza Fuerza

Rebajo (estricción

)

Esfuerzo a la que comienza el rebajo en los materiales dúctiles

Valores de la resistencia a la fluencia comunes para distintos materiales de ingeniería.

RESISTENCIA A LA TENSIÓN

Módulo de elasticidad o módulo de Young (E):pendiente de la curva esfuerzo deformación unitaria en la región elástica.

Ley de Hooke:

PROPIEDADES ELÁSTICAS

Propiedades elásticas y Tf de materiales seleccionados

Material Tf (°C) E (psi) Razón de Poisson (n)

𝑬=𝑺𝒆

En materiales metálicos:El módulo de Young no depende de las características microestructurales pero si de factores como la orientación de un material monocristalino (dirección cristalográfica).

En materiales cerámicos:Depende del nivel de porosidad.

La rigidez de un componente es proporcional a su módulo de Young.



Esfu

erzo

inge

nier

il S

(psi

)


AluminioAcero


Razón de Poisson (n):

Relaciona la deformación elástica longitudinal producida por

un esfuerzo de tensión sencillo o un esfuerzo de

compresión con la deformación lateral que ocurre de manera

simultánea:

𝝂= −𝒆𝒍𝒂𝒕𝒆𝒓𝒂𝒍𝒆𝒍𝒐𝒏𝒈𝒊𝒕𝒖𝒅𝒊𝒏𝒂𝒍


Razón de Poisson (n):

Relaciona la deformación elástica longitudinal producida por

un esfuerzo de tensión sencillo o un esfuerzo de

compresión con la deformación lateral que ocurre de manera

simultánea:


Módulo de resiliencia (Er)

El área contenida bajo la porción elástica de una curva

esfuerzo-deformación, es la energía elástica que absorbe un

material durante la carga y que se libera de manera

subsecuente cuando se elimina la carga.

𝑬 𝒓=𝟏𝟐 (𝒓𝒆𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒂𝒍𝒂 𝒇𝒍𝒖𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 )(𝒅𝒆𝒇𝒐𝒓𝒎𝒂𝒄𝒊 ó𝒏𝒆𝒏𝒍𝒂 𝒇𝒍𝒖𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂)

TENACIDAD A LA TENSIÓN

Energía absorbida por un material antes de fracturarse.

Área bajo la curva de esfuerzo-deformación verdaderos

(trabajo de fractura).

EJERCICIO

Calcule el módulo de elasticidad de la aleación de aluminio para la que se muestra la curva de esfuerzo-deformación ingenieriles.

Calcule la longitud de una barra de longitud inicial de 50 pulg, cuando se aplica un esfuerzo de tensión de 30000 psi.

EJERCICIOEs

fuer

zo in

geni

eril

S (p

si)


Límite elástico







EJERCICIO

DUCTILIDAD

Habilidad de un material a deformarse de manera permanente sin romperse cuando se aplica una fuerza.

Medidas comunes de la ductilidad:• Porcentaje de elongación

Cuantifica la deformación plástica permanente en la falla midiendo la distancia ente las marcas calibradas en el espécimen antes y después de la prueba.

% 𝒅𝒆𝒆𝒍𝒐𝒏𝒈𝒂𝒄𝒊 ó𝒏= 𝒍𝒇 − 𝒍𝟎𝒍𝟎𝒙𝟏𝟎𝟎

Distancia entre las marcas calibradas después de que el espécimen se rompe.

DUCTILIDAD

• Reducción porcentual en el área:

Describe la cantidad de adelgazamiento experimentado por el

espécimen durante la prueba.

Área de la sección transversal final en la superficie de la fractura.

% 𝒅𝒆𝒓𝒆𝒅𝒖𝒄𝒄𝒊ó𝒏𝒆𝒏𝒆𝒍 á𝒓𝒆𝒂= 𝑨𝟎− 𝑨𝒇

𝑨𝟎𝒙 𝟏𝟎𝟎

EJERCICIO

La aleación de aluminio tiene una longitud final después de la falla de 2.195 pulg y un diámetro final de 0.398 pulg en la superficie fracturada.

Calcule la ductilidad de esta aleación.

EFECTO DE LA TEMPERATURA

En los metales, la resistencia a la fluencia, la resistencia a la tensión y el módulo de elasticidad disminuyen a temperaturas más altas, mientras que la ductilidad por lo general aumenta.

Temperatura alta se define con la relación a la temperatura de fusión.

EFECTO DE LA TEMPERATURA

El incremento de las temperaturas también desempeña una función importante en la formación de materiales poliméricos y vidrios inorgánicos.

El término de “temperatura alta” por lo general se refiere a una temperatura mayor que la Tv.

Los materiales cerámicos y vítreos por lo general se consideran quebradizos a temperatura ambiente.

A medida que aumenta la temperatura, los vidrios pueden volverse más dúctiles.

ESFUERZO VERDADERO Y DEFORMACIÓN VERDADERA

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN VERDADERA

𝑫𝒆𝒇𝒐𝒓𝒎𝒂𝒄𝒊 ó𝒏𝒗𝒆𝒓𝒅𝒂𝒅𝒆𝒓𝒂=𝜺=∫𝒍𝟎

𝒍 𝒅𝒍𝒍 =𝒍𝒏( 𝒍𝒍𝟎 )

A Área instantánea sobre la que se aplica la fuerza.l Longitud instantánea de la muestra.lo Longitud inicial.

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN VERDADERAMetales:Deformación plástica es un proceso a volumen constante.

No son válidas después de que comienza el rebajo, debido a que la distribución de la deformación a lo largo de la longitud calibrada no es uniforme.


Después de que comienza el rebajo:


Deformación Deformación

Esf

uerz

o

Esf

uerz

o

De ingeniería De ingeniería

RMTVerdaderoRMT

Verdadero

EJERCICIO

Compare el esfuerzo y la deformación ingenieriles con el esfuerzo y la deformación verdaderos para la aleación de aluminio en:a) La carga máximab) En la fracturaEl diámetro en la carga máxima es de 0.4905 pulg y en la fractura es de 0.398 pulg.

EJERCICIO

EJERCICIOEs

fuer

zo in

geni

eril

S (p

si)


Límite elástico







PRUEBA DE FLEXIÓN PARA MATERIALES

QUEBRADIZOS

PRUEBA DE FLEXIÓN PARA MATERIALES QUEBRADIZOS

En los materiales metálicos dúctiles la curva de esfuerzo-deformación ingenieril por lo regular pasa a través de un máximo resistencia a la tensión del material.

La falla ocurre a un esfuerzo ingenieril menor después del rebajo.

En los materiales quebradizos la prueba de tensión normal no puede llevarse a cabo con facilidad debido a la presencia de fisuras en la superficie.

Prueba de flexión


Al aplicar la carga en 3 puntos y ocasionando una flexión, una fuerza de tensión actúa sobre el material opuesta al punto medio.

La resistencia a la flexión o módulo de ruptura, describe la resistencia del material:

𝜎 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛=3𝐹 𝐿2𝑤 h2

F Carga de la fractura.L Distancia entre los 2 puntos externos.w Ancho del espécimen.h Altura del espécimen.

PRUEBA DE FLEXIÓN PARA MATERIALES QUEBRADIZOSE

sfue

rzo

(psi

)

Deflexión (pulg)

Fractura

Curva de esfuerzo-deflexión para el MgO cerámico obtenida a partir de una prueba de flexión


Los módulos de elasticidad en la flexión o el módulo de flexión (Eflexión):

𝑴 ó𝒅𝒖𝒍𝒐 𝒅𝒆 𝒇𝒍𝒆𝒙𝒊 ó𝒏𝑬 𝒇𝒍𝒆𝒙𝒊 ó𝒏=𝑳𝟑𝑭

𝟒𝒘𝒉𝟑𝜹

Esta prueba también puede realizarse utilizando una configuración conocida como prueba de flexión en 4 puntos:

𝝈 𝒇𝒍𝒆𝒙𝒊 ó𝒏=𝟑𝑭 𝑳𝟏

𝟒𝒘𝒉𝟐


Comparación de las resistencias a la tensión, compresión y flexión de los materiales cerámicos y compuestos seleccionados.

MaterialResistencia a la

tensión (psi)Resistencia a la compresión (psi)

Resistencia a la flexión (psi)

Poliéster – 50 % fibras de vidrioPoliéster – 50 % tejido de fibra de vidrioAl2O3 (99 % puro)SiC (sinterizado sin presión)

a Varios materiales compuestos son bastantes deficientes en compresión

EJERCICIO

La resistencia a la flexión de un material compuesto reforzado con fibras de vidrio es de 45000 psi y el módulo de flexión es de 18 x 106 psi.

Se soporta una muestra, la cual es de 0.5 pulg de ancho, 0.275 pulg de alto y 8 pulg de largo, entre 2 barras separadas 5 pulg.

Determine la fuerza requerida para fracturar el material y la deflexión de la muestra en la fractura, suponiendo que no ocurre ninguna deformación plástica.

DUREZA DE LOS MATERIALES


La prueba de dureza mide la resistencia a la penetración de la superficie de un material por un objeto duro.

La dureza, dependiendo del contexto, representa la resistencia a los rayones o a la indentación y una medida cualitativa de la resistencia del material.

Pruebas de dureza:• De Brinell

• De Rockwell

PRUEBA DE DUREZA DE BRINELL

Una esfera de acero duro (D = 10 mm) es forzada contra la superficie del material.

𝑫𝑩=𝟐𝑭

𝝅 𝑫 [𝑫−√𝑫𝟐−𝑫❑𝟐 𝒊 ] kg/mm2

Número de dureza de Brinell

PRUEBA DE DUREZA DE ROCKWELL

Utiliza una esfera de acero de diámetro pequeño para materiales blandos y un cono de diamante, o Brale, para materiales más duros.

Profundidad Profundidad

BraleEsfera

Número de dureza de Rockwell (DR) Adimensional

COMPARACIÓN DE PRUEBAS DE DUREZA COMUNES

Prueba Penetrador Carga (kg) Aplicación

De Brinell Esfera de 10 mm 3000 Hierro colado y acero

De Brinell Esfera de 10 mm 500 Aleaciones no ferrosas

De Rockwell A Cono 60 Materiales muy duros

De Rockwell B Esfera de 1/16 pulg 100 Latón, acero de baja resistencia

De Rockwell C Cono 150 Acero de alta resistencia

De Rockwell D Cono 100 Acero de alta resistencia

De Rockwell E Esfera de 1/8 pulg 100 Materiales muy blandos

De Rockwell F Esfera de 1/16 pulg 60 Aluminio, materiales blandos

De Vickers Pirámide cuadrada de diamante 10 Todos los materiales

De Knoop Pirámide alargada de diamante 500 g Todos los materiales

Microdureza Macro o microdureza


La dureza se correlaciona bien con la resistencia al desgaste.

EFECTOS DE LA RAPIDEZ DE DEFORMACIÓN Y

COMPORTAMIENTO AL IMPACTO

PRUEBA DE IMPACTO

Para evaluar la fragilidad de un material bajo una rapidez de deformación rápida.

Prueba de CharpyPrueba de Izod

Energía de impacto

Charpy:ft lb o J

Izod:ft lb / pulg o J /m

TENACIDAD DE IMPACTO

Habilidad de un material para soportar un golpe de impacto.

Se mide la energía necesaria para fracturar un material.

TENACIDAD A LA FRACTURA

Habilidad de un material que contiene imperfecciones para soportar una carga aplicada.

PROPIEDADES OBTENIDAS A PARTIR DE LA PRUEBA DE

IMPACTO

TEMPERATURA DE TRANSICIÓN DE DÚCTIL A QUEBRADIZO (TTDQ)

Temperatura a la cual el modo de falla de un material cambia de fractura dúctil a quebradiza.

Puede definirse por medio de la energía promedio entre las regiones dúctil y quebradiza, a alguna energía absorbida específica o por medio de alguna aparición de una fractura característica.

Metales CCCu tienen temperaturas de transición.Metales CCCa no tienen temperaturas de transición.

Materiales poliméricos Tv

Resultados a partir de una serie de pruebas de impacto de Izod para un polímero termoplástico de nailon duro.

TEMPERATURA DE TRANSICIÓN DE DÚCTIL A QUEBRADIZO (TTDQ)

SENSIBILIDAD A LA MUESCA

La muesca ocasionada por un maquinado, una fabricación o un

diseño deficientes concentra los esfuerzos y reduce la tenacidad de

los materiales.

La sensibilidad de la muesca de un material puede evaluarse

comparando las energías absorbidas de la muesca en función de

los especímenes sin muesca.

RELACIÓN CON EL DIAGRAMA DE ESFUERZO-DEFORMACIÓN

Los ingenieros con frecuencia consideran el área bajo la curva de

esfuerzo-deformación ingenieriles como la tenacidad a la tensión.

Aunque el material B tiene una resistencia a la fluencia menor, absorbe más energía que el material A.

USO DE LAS PROPIEDADES DE IMPACTO

La energía absorbida y la TTDQ son muy sensibles a:

Las condiciones de carga.

El tamaño del espécimen.

La configuración de la muesca.

VIDRIOS METÁLICOS VOLUMINOSOS Y SU COMPORTAMIENTO MECÁNICO

VIDRIOS METÁLICOS VOLUMINOSOS

Los metales, como se encuentran en la naturaleza son cristalinos,

sin embargo, cuando aleaciones particulares de muchos

componentes se enfrían rápidamente, pueden formarse metales

amorfos vidrios metálicos voluminosos.

Metales amorfos:

Hilatura por fusión


Producción uso de un arco eléctrico para fusionar elementos de

pureza alta.

Resistencia a la fluencia altas.

Quebradizos.


A temperatura ambiente s deforman permanentemente a través del

cortante intenso en bandas estrechas del material de alrededor de

10 a 1000 nm de grosor.

Esto crea desplazamientos cortantes en los bordes del material.

Comportamiento de

esfuerzo-deformación

“dentado”

APLICACIONES

• Equipamiento deportivo

• Cubiertas electrónicas

• Componentes de defensa

• Materiales estructurales

• Recubrimientos industriales

MECÁNICA DE LA FRACTURA


Disciplina que trata con el comportamiento de los materiales que

contienen grietas u otras imperfecciones.

Tenacidad a la fractura:

Habilidad de un material que contiene una imperfección para

soportar una carga aplicada.


f factor geométrico para el espécimen

y la imperfección. esfuerzo aplicado.a tamaño de la imperfección.

El esfuerzo aplicado al material se intensifica en la imperfección, la cual actúa como un elevador de esfuerzo.

El factor de intensidad del esfuerzo (K):


Se puede determinar el valor de K que ocasiona que la fisura crezca y ocasiona la falla.

Este valor de intensidad del esfuerzo crítico se define como tenacidad a la fractura Kc.

Kc = K requerido para que una grieta se propague

Acero

Tenacidad a la fractura en estado de deformación plana, KIC


La habilidad de un material para resistir el crecimiento de una grieta depende:

• Las imperfecciones más grandes reducen el esfuerzo permitido.• La habilidad de un material para deformarse es crítico.• Las piezas más rígidas y gruesas de un material dado tienen una

tenacidad a la fractura menor que los materiales delgados.• El incremento de la rapidez de la aplicación de carga, por lo

regular reduce la tenacidad a la fractura.• El aumento de la temperatura, incrementa la tenacidad.• Un tamaño de grano pequeño, mejora la tenacidad.

Propiedades mecánicas

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