apuntes c. m. ii rev febrero 2016 (1).doc

8/18/2019 APUNTES C. M. II REV FEBRERO 2016 (1).doc

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESIME AZCAPOTZALCO

CIENCIA DE MATERIALES

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA.

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO.

APUNTES DE

CIENCIA DE LOS MATERIALES II

ING . MARIO FERNANDO VERGARA CAMACHO

FEBRERO 2016

OBJETIVO GENERAL:

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El alumno conocerá los diferentes tipos de normas que se tienen paradesarrollar las pruebas destructivas que requiere el material en funcin de

su aplicacin! " sus propiedades mecánicas de acuerdo a su aplicacintanto en dise#o de elementos de máquinas! como en los procesos demanufactura! as$ mismo determinara los defectos de los materiales!empleando las pruebas no destructivas como un m%todo para laprevencin de fallas&

CONTENIDO SINTETICO:

I& ' (ormatividad para pruebas de materiales&II& ' Ensa"os destructivos&

III& ' Ensa"os no destructivos&

METODOLOGIA:

Consulta biblio)ráfica por parte de los alumnos&*iscusin " e+posiciones en clase con la coordinacin del profesor&Elaboracin de res,menes " cuadros sinpticos&-eali.acin de mapas conceptuales&Inte)racin de equipos de traba/o para la reali.acin de prácticas&-esolucin de problemas de aplicacin de los temas&

EVALUACION Y ACREDITACION

Aplicacin de tres evaluaciones departamentales&Traba/os e+tra'clase " participacin en clase&Solucin de problemas&-eali.acin " entre)a de prácticas por equipo&

EL 80 % DE ASISTENCIAS A CLASES LE DA DERECHO APRESENTAR LAS TRES EVALUACIONES DEPARTAMENTALES.

LOS EQUIPOS DE TRABAJO SON MAXIMO DE CINCO ALUMNOS.

INDICE

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UNIDAD I

NORMATIVIDAD PARA PRUEBAS DE MATERIALES

1.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES 0

1.2 NORMAS: A.I.S.I. A.S.M.E. A.S.T.M. A.!.S. D.I.N. S.A.E.A.S.N.T. D.G.N. 0

1&2&1 *ependencias (acionales e Internacionales 3 1&2&2 (&O&M& 4 1&2&5 (M6 4 1&2&7 A&S&T&M& 18

1&2&9& I&S&O& 11

UNIDAD II

ENSAYOS DESTRUTIVOS

2 ENSAYOS DESTRUCTIVOS 12

2.1 DURE"A 12 2&1&1 Equipos " material de prueba 15

2&1&2 Procedimientos 17 2&1&5 Macrodure.a 1: 2&1&5&1 ;rinell 1: 2&1&5&2 Ensa"o de dure.a ;rinell 14

2&1&5&5 -ocolpert 29 2&1&7 Micro dure.a 2: 2&1&7&1 Ensa"o dure.a ?ic


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2&2&0 *iscusin de resultados 77

2.# COMPRESION 77 2&5&1 Probetas para el ensa"o 79 2&5&2 Compresin en materiales d,ctiles 7: 2&5&5 Compresin en materiales frá)iles 74 2&5&7& *iscusin de resultados 91 2.$ FLEXION Y DOBLES 91 2&7&1 Biptesis de fle+in 91 2&7&2 Ob/etivo de la practica 92 2&7&5 Conceptos fundamentales 92 2&7&7 *oble. 90 2&7&7&1*efinicion! caracter$sticas 90

2. IMPACTO :8 2&9&1 Principios " ob/etivos :8 2&9&2 Probetas de impacto :8 2&9&5 Ensa"o de impacto C@arp" e I.od :1

2.& TORSION :2 2&:&1 eneralidades :2 2&:&2& Elementos conceptuales :5 2&:&5 Calculo de ensa"e de torsin :7

2.' TERMOFLUENCIA :0 2&0&1 Mecanismos de termofluencia :3 2&0&2 *ise#o con termofluencia 02 2&0&5 Ensa"o de termofluencia 05

2.8 FATIGA Y ANALISIS DE FALLA 09 2&3&1 Principios 09 2&3&2 Esfuer.os c$clicos 0: 2&3&5 ?ida de fati)a 0: 2&3&7 Comportamiento del material " curva de esfuer.o'vida 00 2&3&9 Dactores que afectan la vida de fati)a 03 2&3&: Inicio " propa)acin de )rietas de fati)a 38

2&3&0 Caracter$sticas microscpicas " macroscpicas 38 2&3&3 Ensa"o de fati)a 38

2.( DESGASTE 31 2&4&1 Tipos de des)aste 32 2&4&2 E+perimentos! friccin'des)aste 32 2&4&5 Calculo para el ensa"e de des)aste 35 2&4&7 Análisis metal,r)ico 37

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2&4&9 Aplicacin de resultados 39 2&4&: T%cnicas pera evitar el des)aste 39 2&4&0 Topo)raf$a de las superficies slidas 39 2&4&3 Medidas de ru)osidad 3: 2&4&4 Llenado de la superficie de material " vacio entre crestas 3: 2&4&18 Tipos de contactos entre slidos 30 2&4&11 *es)aste tiposF 33 2&4&12 Transferencia de metales 48 2&4&15 *ise#o para contrarrestar el des)aste 41

2.10 MECANISMOS DE FRACTURA 45 2&18&1 Secuencia de eventos que se llevan a cabo en fractura frá)il 47 2&18&2 Teor$a de riffit@ u Oro=an para pronosticar la fractura 47

UNIDAD III

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

#.) OBJETIVOS 44

#.1 INSPECCION VISUAL 188

#.2 LIQUIDOS PENETRANTES Part$culas fluorescentesF 188

#.# PARTICULAS MAGNETICAS 181

#.$ ELECTROMAGNETISMO Corrientes de Edd"F 181

#. RADIOGRAFIA INDUSTRIAL 182

#.& ULTRASONIDO INDUSTRIAL 185

BIBLIOGRAFIA 18:

GENERALIDADES DE CIENCIA DE LOS MATERIALES.

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El ma"or ob/etivo de ciencia de los materiales es alentar a los In)enieros para tomar elecciones informadas respecto del dise#o! seleccin " uso de materiales paraaplicaciones espec$ficas&

Tres principios fundamentales )u$an el estudio de la ciencia de los materiales&

1&' Las propiedades de un material especifico están determinadas por su estructura& El procesamiento puede alterar esa estructura en forma espec$fica

" predecible&

2&' Las propiedades de todos los materiales cambian a trav%s del tiempo con eluso " con la e+posicin a las condiciones ambientales&

5&' Cuando se selecciona un material para una aplicacin espec$fica se deben efectuar las pruebas suficientes " adecuadas para ase)urar que el material se conservará idneo para la aplicacin correspondiente durante la vida ra.onable del producto&

El In)eniero debe deG

• Comprender las propiedades asociadas con las diversas clases de materiales&

• Saber porqu% e+isten tales propiedades " como se pueden alterar para que unmaterial sea más adecuado para una aplicacin determinada&

• Ser capa. de medir las propiedades importantes de los materiales " comoimpactarán el desempe#o durante su vida ,til&

• Evaluar las consideraciones econmicas que finalmente re)ulan la aplicacinde ciertos materiales&

• Considerar los efectos a lar)o pla.o que producen en el medio ambiente el usode un material&

UNIDAD I

NORMATIVIDAD PARA PRUEBAS DE MATERIALES

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OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD:

El alumno diferenciará las normas para la prueba de materiales&

1.1.) CONCEPTOS FUNDAMENTALES

La industria moderna @a cimentado su desarrollo en un con/unto de re)las quedeterminan las caracter$sticas que deben cubrir los materiales! los productos! lamaquinaria o los procedimientos&

*ic@as re)las implementadas adecuadamente! constitu"en los estándares o normasindustriales! cu"a aplicacin @a sido factor determinante del desarrollo cient$fico "tecnol)ico! solo alcan.ado por al)unos pa$ses de nuestro planeta&

Las normas establecen con precisin el reconocimiento de calidad! estimulando laconfian.a del consumidor! dan presti)io al fabricante! fomentan la or)ani.acin deestructuras slidas para el incremento de una produccin masiva! simplificando losprocesos " aumentando la eficiencia del traba/o! reducen los costos " aumentan losbeneficios&

En )eneral! una norma se define comoG La que determina dimensiones! composicin "demás caracter$sticas que debe poseer un material! producto u ob/eto industrialHestablecido de com,n acuerdo con la autoridad )ubernamental competente " losprincipales usuarios& La cual se usará como base comparativa durante un tiempodeterminado&

1.2.) NORMAS: A.I.S.I. A.S.M.E. A.S.T.M. A.!.S. D.I.N. S.A.E. A.B.N.T. D.G.N.

En los Estados nidos de Am%rica se establecieron las bases para el desarrolloindustrial por medio de asociaciones o sociedades! las cuales son a)rupacionescient$ficas " t%cnicas de profesionales& Cient$ficos e+pertos que a trav%s de comit%s o)rupos de traba/o desarrollan las normas! teniendo por ob/etivo suministrar losconocimientos! e+periencias " @abilidades de sus miembros relativas a los materiales!productos! componentes! sistemas! servicios " m,ltiples actividades! de tal maneraque resulten efectivamente ,tiles a la industria! )obierno! instituciones educativas!profesionales " publico en )eneral! a trav%s de acciones cooperativas "especiali.adas&

A continuacin se indican al)unas estancias de normatividadG

A.I.S.I.) American Iron and Steel InstituteF Instituto Americano del Bierro " el Acero&

A.S.M.E. ' American Societ" of Mec@anical En)ineersF Sociedad Americana de

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In)enieros Mecánicos&

A.S.T.M&' American Societ" of testin) MaterialsF Sociedad Americana para prueba de Materiales&

A.!.S&' American >eldin) Societ"F Sociedad Americana de soldadura&

S.A.E& ' Societ" of Automotive En)ineersF Sociedad de In)enieros Automotrices&

N.E.M.A.' (acional Electrical ManufacturersF Asociacin (acional de Dabricantes de Aparatos El%ctricos&

A.N.S.I&' American (ational Standards InstituteF Instituto (acional Americano de Estándares&

1.2.1.) DEPENDENCIAS NACIONALES E INTERNACIONALES

*ebido a la necesidad de producir materiales! equipos de la me/or calidad! que seancompetitivos mundialmente& Cada pa$s cuenta con un departamento ubernamentalde (ormali.acin! como e/emplos tenemosG

D.G.N.) D*+,--*/ G,/,+ , N3+45 MEXICO A.N.S.I.) I/56*6763 N-*3/ A4,+*-/3 , E56/+,5 EE.UU. D.I.N.) N3+45 I/756+*,5 , A,4/* ALEMANIA A.B.N.T.) A53-*-*/ B+5*,9 , N3+45 T-/*-5 BRASIL N.C.) D*+,--*/ , N3+45 ; M,6+33,3 , N3+4*?-*/ EUROPA A nivel mundial tenemos varias Or)ani.aciones "Jo Comisiones! comoG

I.S.O.) O+, COPANT.) C34*5*/ P/4,+*-/ , N3+45 T-/*-5 CODEX.) C34*5*/ , C3,@ A*4,/6*-*35.

M@*-3 >3+ 4,*3 , D.G.N. ,5 4*,4+3 , ISO. , COPANT ; , CODEX.1.2.2.) N. O. M. N3+4 O*-* M,@*-/.

La *&&(& Perteneciente a la Secretar$a de Industria " Comercio de M%+ico! emite lasnormas " recomendaciones para los fabricantes " usuarios& La (orma OficialMe+icana! es obli)atoria " se aplica a todos los productos farmac%uticos! alimenticiosH

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Además cualquier fabricante de al),n producto puede conse)uir un n,mero (OM! conel cual se indica que el material o producto cubre una serie de normas& El ostentar eln,mero (OM incrementa la confiabilidad del usuario al adquirir dic@o producto&

1.2.#.) N. M. X. N3+4 M,@*-/.

En In)enier$a Mecánica se utili.an las normas NMX N3+4 M,@*-/& Para efectuar los ensa"os *estructivos " no destructivos& Todas las normas contienen las si)lasin$ciales! se)uidas de una letra ma",scula que define el área de aplicacin! " unn,mero pro)resivo continuo! " el a#o en que se emite! "Jo actuali.aH E/emplosG

(M6 K ; ' 11:' 144: K SCDI& K Industria Sider,r)ica' *eterminacin de la *ure.a ;rinell en materiales Metálicos K M%todo de Prueba&ASTM'E'18'1437F

(M6 ' ; K 113' 1407 K SCDI& K *eterminacin de la *ure.a ?ic3+ +4 */756+*

-AMA CLASIDICACI( CA(TI*A*Proteccin Ambiental AA 115Productos Sider,r)icos ; 985

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9


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Sistemas de Calidad CC 17?e@$culos * 274Plásticos " sus Productos E 142

Productos para Envase " Embala/e EE 22r,as " *ispositivos de Elevacin - 2:Productos Metal Mecánica! Soldadura "-ecubrimientos Metálicos

B 150

Industria El%ctrica 724Industria del ?idrio P 02Productos " Equipos para uso dom%stico N 79Se)uridad S 5:Productos de Bule T 131Pintura! ;arnices " Lacas 189Productos de Metal no Derrosos > 153

1.2.$.) A.S.T.M. S3-*, A4,+*-/ >+ , E/5;, , M6,+*,5.

La medicin de las propiedades mecánicas es factor esencial para determinar laadaptabilidad de un material para una funcin espec$fica& Para determinar esto la

A&S&T&M&! @a publicado más de 12888 normas para las pruebas de materiales! aunqueel cumplimiento de estas normas es voluntario! estas proporcionan una descripcindetallada de los procedimientos de las pruebas que ase)uran que los resultados delos diferentes laboratorios sean directamente comparables&

Las normas A&S&T&M& inician con un comentario acerca de su campo! se)uidas con una

lista de de documentos referidos! *efinen la terminolo)$a " resumen de los m%todosdel ensa"o inclu"endo su si)nificado& La ma"or$a inclu"en una descripcin detalladade los equipos que se usan tambi%n inclu"en las instrucciones de como preparar elesp%cimen para la prueba& La A&S&T&M& desempe#a doble funcin&

aF (ormali.acin de las especificaciones " los m%todos de prueba o ensa"e de losmateriales! los cuales se reali.an por comit%s permanentes&

bF Me/oramiento de los materiales de In)enier$a! la cual se lo)ra a trav%s de

investi)aciones de comit%s " miembros individuales! los resultados obtenidosse @acen p,blicos en la revista de la asociacin&

1.2..) I. S. O. O+


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de administracin! sistemas de prueba& Esto lo lleva acabo por medio de comit%sformados por individuos de diferentes nacionalidades&

La *( pertenece a esta or)ani.acin " toda la documentacin que emite ISO puede

ser adaptada por el pa$s& En M%+ico la *( adapto las normas ISO (000 IS0 1$000I.S.O. 1800 " les puso el distintivo NMX )CC ) /4,+3 >+3


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OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD.

El alumno determinará las propiedades mecánicas de los materiales empleados enin)enier$a mediante la aplicacin de ensa"os destructivos&

2.) ENSAYOS DESTRUCTIVOS

Son aquellos que sirven para determinar las propiedades " caracter$sticas de unmaterial sometidos en al)unos casos @asta su ultima resistencia&

Estos ensa"os se dividen en dos )ruposG

aF Estáticos&bF *inámicos&

ENSAYOS ESTATICOS.

♣ *ure.a&♣ Tensin&♣ Compresin♣ Dle+in&♣ Torsin&

ENSAYOS DINAMICOS.

Los ensa"os dinámicos se caracteri.an por tener un movimiento para desarrollar laprueba o ensa"o! los cuales sonG

♣ *ure.a&♣ Impacto♣ Dati)a&

2.1.) DURE"A.

PRINCIPIOS.La dure.a es una medida de la resistencia de un material a la deformacinpermanente plásticaF! Por lo que se considera una cualidad de la materia que tieneque ver con la solide. " firme.a del material&

DEFINICIN.

12

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Es la propiedad que tienen los materiales de resistirse a ser ra"ados o penetrados&

OBJETIVO. Ensa"o para determinar una caracter$stica del material por medio de una muestra& Ladure.a es una medida de la resistencia de un material a la deformacin plástica&

2.1.1.) EQUIPOS Y MATERIALES DE PRUEBA.

DUROMETROS.

E+iste )ran variedad en lo que respecta a durmetros porque los @a" para probar pol$meros! cerámicos! metales " materiales compuestos&

El *urmetro tipo RA'2 se usa para probar @ule " plásticos suaves&

El tipo R* para probar @ules " plásticos duros&

Estos durmetros difieren principalmente por el punto de penetracin! la ma)nitud dela car)a aplicada al penetrador por medio de un resorte calibrado&

El durmetro tipo R* tiene el penetrador más a)udo " más fuertemente car)ado! elresorte que acciona la penetracin de la punta&

La dure.a obtenida con estos durmetros es una medida de la profundidad depenetracinH La cual varia desde 188 para una penetracin 8 dependiendo de laprofundidad de penetracin la dure.a se indicará automáticamente en la escala de lacarátulaH La má+ima penetracin es de 188 mil%simas&

E+isten durmetros para ;rinell! -oc


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Aceros& ;ronce fosforado& Aluminio& Cobre al berilio& Cobre& Plomo! etc&

La probeta debe cumplir lo especificado en el punto 7&1 de la (orma que esG En lasuperficie opuesta al ensa"o no deben aparecer @uellas u otras marcas! por lo tanto elespesor debe ser cuando menos 18 veces la profundidad de la @uella& fi)ura 2F Lascaras de la probeta deben ser paralelas& na de las caras de la probeta debe de estar pulida con un material de tipo fino! con el fin de evitar malos ensa"os por impure.as&

- la prueba debe ser reali.ada como m$nimo tres veces el diámetro de la @uella! deseparacin de cada lado de la probeta fi)ura 1F&

- La separacin entre las @uellas de diferentes ensa"os deberá ser de un m$nimo dedos veces el diámetro de la @uella fi)ura 5H punto 9&5 de la (ormaF&

L >+3,6 7, 75+,435 5,+ , 0 44 @ 044 @ 10 44.

2.1.2.) PROCEDIMIENTOS Y METODOS DE PRUEBA.

El ensa"o de dure.a com,nmente se aplica a metales " a cualquier otro tipo dematerial por lo tanto se clasifican en tres )ruposG

.) B7+3 .) R,36,. -.) P,/,6+-*/.

aF&' B7+3. Este m%todo se subdivide en ra"ado! esmerilado! corte! limado " ac,stico&

EL ENSAYO DE DURE"A TIPO RAYADO&

Es para determinar la resistencia que opone un material usando diferentes minerales opolvosH este m%todo tambi%n se conoce como ras)u#o de la escala de MOBSestablecido en 1332& La escala mineral)ica esta formada por 18 materiales que vandel más suave al más duro! los minerales ocupados fueron numerados en la formasi)uienteG

1& Talco laminar&2& eso cristali.ado&

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14


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2.1.#.) MACRODURE"A.

Los ensa"os considerados son ;rinell " -oc


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P+ 46,+*,5 /35 ,/ ESIME 5, >*-/ 35 5*35G

Materiales Semiduros Cobre! ;ronceF de 58 a 79 se)undos! 1988


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La le" de *OBME- se puede aplicar a materiales ferrosos " no ferrosos&

CALCLO *EL PO-CE(TAE *E E--O-

Se obtiene determinando la diferencia entre los n,meros ;rinell tabulado " calculado&

100%

−=

TAB

CALTAB

DB

DB DB E

Los valores ocupados se consideran como valores absolutos! por lo tanto nunca deberesultar ne)ativo&

*ETE-MI(ACI( AP-O6IMA*A *EL CO(TE(I*O *E CA-;O(O

Se obtiene utili.ando la si)uiente formula&100000

40000%

−= T C σ

t U Esfuer.o a la tensin calculado en lbJpl)2&78888 U Esfuer.o a la traccin o tensin del @ierro en lbJpl) 2&188888 U Constante&

2.1.#.2.) ENSAYO DE DURE"A BRINELL

- D,5++33 , ,/5;3 ,/ 47*/ A5* -3/ ->-* , $000


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-etire la probeta! colquela sobre la mesa " con el microscopio de taller mida eldiámetro de la @uella! con este dato usted debe consultar la norma " determinar eln,mero de dure.a ;rinell tabulado! además debe de calcular la dure.a ;rinell delmaterial

Al terminar los ensa"os! deben de retirar los contrapesos! el penetrador " cubrir lamáquina con su funda protectora

Para el ensa"o de ;rinell se usa el microscopio de taller de 286! con una le)ibilidad de8&89 mm& Indicado por la normaF para medir el diámetro de la @uella que de/a elpenetrador sobre la superficie de la probeta&

EEMPLO [ 1

Tenemos una probeta de acero la cual se someti a un ensa"o ;rinell estandari.adousando un tiempo de 28 se)undos! el diámetro de la @uella fue de 7&7: mm&

O;TE(E-G

aF *ure.a ;rinell tabulada " calculada&bF Profundidad de la @uella&

20

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CF El área del casquete&dF Porcenta/e de error!eF Esfuer.o de tensin calculado " tabulado&tF Porcenta/e de carbono&)F Indicar apro+imadamente que tipo de material fue ensa"ado&

TA;LA *E *ATOSO-*E( MATE-IAL CA-A

)fFBE--AMIE(TA

mmFTIEMPO sF BELLA

mmFO;SE-?G

1 DE--OSO 5888 18 28 7&7:

TA;LA *E -ESLTA*OSO-*E( *;T *;c

)Jmm\B mmF A mm\F WE σTT

)Jcm\σTC

)Jcm\WC O;SE-?&

1 131 131&473 8&927 1:&733 8&925 :188 :2:0&9:25 8&741 (ota (o& 1

E5 +,-34,/, ,,-67+ 35 --735. C343 5, */*-:

2

22d D D

H −−

= H mm H 5248.02

46.41010 22 =−−=

A U π*B U 5&171: 18 mmF 8&927 mmF U 1:&7301 mm\

== A

p DB =

24871.16

3000

mm

Kg 131&4755 )Jmm\

100%

−=

TAB

CALTAB

DB

DB DB E U 5211.0100

181

94847.181181=

−

*;c X 1:9H U748

σTC *;F U 748Fl31&473F 34192&210 lbJpl)2 8&8085 )Jcm2F U :2:0&788 )Jcm2

100000

40000% −= T C σ U 4915.0

100000

40000lg/217.89152 2=−

plb

(OTA (o&1G El material ensa"ado por tener los valores más apro+imados a loscalculados! es un acero 8&2 WC laminado en fr$o debido a que tiene una*ure.a ;rinell de 1:8 " un esfuer.o a la tensin de 38888 1bJpl)\

21

21


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2.1.#.#.) ROC!ELL

Este procedimiento esta normali.ado con laG NMX )B )11()1(8#)SCFI I/756+*

5*,++


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* *iamante 188 (E-O Láminas de acero! aceroendurecido! @ierro maleable

perl$tico; Penetrador

esf%rico de1&933 mm&

188 -o/o Aceros recocidos "normali.ados

E Penetrador esf%rico de5&109 mm&

188 -o/o Aceros mu" blandos deespesor del)ado

D Penetrador esf%rico de1&933 mm&

:8 -o/o Aceros mu" blandos deespesor del)ado

L5 47*/5 ,/ ,5- 6*,/,/ 35 5,+*,5 , /4,+35 , -33+ /,


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ESDE-ICO 198 -OOS Bierro maleable! aleaciones de cobre!1&933 mm 1J1:F ($quel " de cobre'n$quel .inc& Limite

superior 42 para evitar posible aplasta' miento del penetrador esf%rico&

B ESDE-ICO :8 -OOS Aluminio! Zinc! Plomo 5&109 mm 1J3F ESDE-ICO 198 -OOS Metales para c@umaceras " otros 5&109 mm 1J3F Materiales mu" suaves o del)ados&

sese el penetrador mas peque#o " lacar)a mas )rande que no de/e @uella enla superficie opuesta de la prueba&

DURE"AS ESPECIALES

L ,5- N: Se usa para materiales similares a los probados o ensa"ados en lasescalas A! C! " *& pero de calibres mu" del)ados! superficiesendurecidas o cuando se requiere una penetracin mu" peque#a!el n,mero de dure.a se obtiene le"endo la escala ne)ra&

L ,5- T: Se usa para materiales similares a los probados en las escalas ;! D! !cuando se requieren penetradores mu" peque#os o la pie.a es decalibre mu" peque#o! recuerde leer la dure.a en la escala ne)ra&

*-EZA -OC>ELL SPE-DICIAL

19 (58 (79 (

*iamante*iamante*iamante

195879

(e)ro(e)ro(e)ro

Aceros nitrurados !cementados " de@erramientas de )randure.a

19 T58 T79 T

Penetrador esf%rico de1&933 mm&

195879

(e)ro(e)ro(e)ro

Aceros al carbono!aceros blandos

L5 ,5-5 ! X Y": S , 75/ >+ 46,+*,5 47; 57,5.

CA-AMAO- ESCALA R>PE(ET-A*O-ESF & 5&109 mm.

ESCALA R6PE(ET-A*O-ESF :&59 mm&

ESCALA RPE(ET-A*O-ESF. 12&0 mm

19 19> 196 1958 58> 586 5879 79> 796 79

La car)a menor que se debe aplicar es de 5 )&

24

24


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2.1.#.$.) MAQUINA OTTO !OLPERT

En la parte superior tiene una carátula con 2 escalas )randes " una peque#a& Lasescalas )randes del 8'188 de color ne)ro indican -oc


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dF Promedio de la dure.a -oc


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,ltimo difiere del tiempo normali.ado que es de 18 a 19 se)undos! e/emplo778*?58J28& El e/emplo representa que la dure.a es 778 ba/o una car)a de 58 )aplicados durante 28 se)undos&

La norma NMX)B)118)1('$)SCFI.) D,6,+4*/-*/ , 7+,? V*-,+5 ,/ 46,+*,54,6*-35. ASTM'E'42':0F

(os indica que estas pruebas pueden efectuarse desde 1 )ramo fuer.a @asta 128 )f En la práctica el n,mero de *? se mantiene constante para car)as de 9 )f oma"ores&

Para car)as menores el n,mero varia dependiendo de la car)a aplicada& Las tablas dela norma indican los n,meros *? para car)as de prueba de 1 )&

El equipo de ESIME A.capot.alco tiene su microscopio inte)rado! selector de tiempo!selector de car)a " dependiendo de las dimensiones d1! d2! la máquinaautomáticamente nos indica el n,mero de dure.aLa máquina AASBI de Mituto"o tiene una capacidad de 98 )H con selectores decar)a de 1H 2H 9H 18H 28H 58 " 98 )& El selector de tiempo de 9! 18! 19! 28! 29 " 58se)undos& Además cuenta con un selector B? " B&

2.1.$.2. ) MAQUINA AASHI M+- M*6763;3 43,3 AV)C1.

1& Oprima el botn ener)i.ando el equipo! verificando que la lámpara de iluminacinencienda! verifique lo mismo en la pantalla *1! *2 as$ como la pantalla indicadorade dure.a B?&

2& Seleccione la mesa de traba/o o "unque&5& Coloque el material a ensa"ar sobre la mesa de traba/o&7& Manualmente )ire el volante de elevacin! verifique que el microscopio este en

posicin de traba/o&9& Observen el microscopio " contin,e elevando la mesa de traba/o! en el momento

en que usted observe la te+tura de su material surcos de acabado de/ado por lali/aF(otaG Este a/uste se lleva a cabo con muc@o cuidado porque puede da#ar el lentedel microscopio&

:& El microscopio del lado derec@o tiene una perilla moleteada con la que al )irar a/usta las l$neas que van a determinar la separacin entre v%rtices la l$neaprincipal tiene si)nos de ] " 'F&

0& irar torreta colocando el penetrador en posicin de traba/o tiene muesca delocali.acinF&(otaG -ecuerde que este penetrador es de base cuadrada con án)ulo incluido de15:^&

3& *el lado derec@o en la parte posterior ten)o selector de car)a 1H 2H 9H 18H 28H 58 "98 )&F& Se selecciona 18 )& del lado i.quierdo de la maquina e+isten la perillaselectora de lente 69! 618! 628! 678 seleccionamos 628F! además tiene selector

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27


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de tiempo 9! 18! 19! 28! 29! 58! se)& E+iste selector de dure.a B;! Bseleccionamos B;F& E+iste control de iluminacin! perilla con la cual controla laintensidad de lu. de la lámpara&

4& Se oprime el botn Zero obteniendo en las tres pantallas de 8!8&18&Oprimir el botn de start! automáticamente la maquina efect,a la penetracin!

apareciendo en las 5 pantallas nuevamente ceros&11& Se )ira la torreta en sentido inverso a las manecillas del relo/! colocando el

microscopio sobre la @uella&(otaG Efect,e la operacin de )iro con cuidado porque se puede mover la probeta&

12&Observe por el microscopio su @uella con la perilla moleteada del lado i.quierdorecorrer la l$nea @asta el v%rtice&

15&Con la perilla moleteada lado derec@o empie.o a correr la l$nea @asta el otroe+tremo obteniendo as$ la medicin *1F! si esta de acuerdo oprima el botn ne)rolocali.ado en la parte derec@a del microscopio deba/o de la perilla moleteada&

17&Se )ira sistema de perilla inferior en sentido anti @orario&19&Observo por el microscopio " con la perilla inferior )iro moviendo al mismo tiempo

las 2 l$neas recuerde que la principal es la de ]! 'F! si la l$nea que indica laabertura coincide con el v%rtice contrario superiorF puede dar la lectura por buena! si no coincide con la perilla moleteada superior a/uste la abertura! si estade acuerdo en este a/uste oprimir el botn nuevamente! la maquina re)istra lectura" da dure.a&

1:&irar el microscopio a posicin normal&10&irar volante de @usillo en sentido anti @orario " retirar probeta&

Partes de la maquina

1&' Mesa de traba/o2&' Pantallas5&' ?olante de elevacin7&' Microscopio9&' Selector de dure.a:&' Porta penetrador 0&' Selector de car)as

2.1.$.#.) DURE"A NOOP

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28


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El penetrador (OOP se fabrica en diamante produciendo una @uella en forma depirámide rmbica con án)ulos de l02^58 " 158^& El cual tiene una ra.n proporcionalentre las dia)onales corta " lar)a de 0 a l! este penetrador se puede montar en lamáquina ?ic


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El ensa"o es para determinar las propiedades de un material por medio de unamuestra! en la cual se busca determinar @asta su ,ltima resistencia implicando conesto su deterioro o destruccin&

2.2.1.) CURVA DE CARGA Y DEFORMACIN NOMINAL

La diferencia entre la curva car)a'deformacin " una curva esfuer.o'deformacin esque en la primera usamos directamente para )raficar! la car)a aplicada por la maquinaen


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SECCION ROE

La l$nea recta que indica el alar)amientoproporcional a la car)a aplicada& Entre estoslimites la pie.a recuperara su tama#o " formaori)inal cuando se retire la car)a! por esto la.ona se llama elástica&

SECCION REFMuestra un alar)amiento )rande en comparacin ala car)a aplicada la .ona se le denomina d,ctil&

En el punto F llamado de fluencia o cedencia nosindica que car)as adicionales causarandeformaciones ma"ores @asta que lle)ue alpunto má+imo de car)a que es el G&SECCION RFG

Cuando se aplica una fuer.a a una probeta! los enlaces entre los átomos se estiran! elmaterial Se alar)a& Cuando se retira la fuer.a! los enlaces re)resan a su lon)itud " laprobeta recobra su tama#o normal! esta deformacin se denomina elástica&

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31

-epresenta la .ona plástica&

Al rebasar el punto G querepresenta la car)a má+imao esfuer.o má+imo sepresenta la estriccin cuellode botella oencuellamientoF& La probetasufre una ma"ordeformacin aunque lacar)a decreceautomáticamente debido aque no encuentra

resistencia! la deformacines @etero)%nea @asta lle)ara la ruptura en H


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Si incrementamos la fuer.a! el material se comporta de manera plástica! esto es! seproducen dislocaciones " ocurre un desli.amiento por lo tanto al retirar la fuer.a! elmaterial "a no recobra sus dimensiones " forma ori)inalH esto es deformacin plásticapermanenteF&

ESFUER"O EN EL LIMITE ELASTICO LEY DE HOOE

Todos los materiales se deforman cuando son sometidos a una car)a dentro de loslimites correspondientes los materiales tienden a recuperar su forma " dimensinori)inal& A este efecto de recuperacin de material se le reconoce como elasticidad&H33, encontr una relacin entre la deformacin elástica " la car)a aplicadadeterminando queG L5 ,3+4-*3/,5 53/ *+,-64,/6, >+3>3+-*3/,5 5-++37-,/.

Por lo que tenemos que el esfuer.o en el Limite Elástico! conocido tambi%n comol$mite de proporcionalidad es i)ual aG

0

..

A

P E L=σ 7


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PL&E& U Car)a en cualquier punto dentro del Limite Elástico& A1 U Qrea ori)inal o inicial de la probeta&

U *eformacin lon)itudinal psilonFH 1 Lδ

ε =

δ U *eformacin dentro del l$mite elástico! en mm& *eltamin,sculaF L1 U Lon)itud ori)inal o inicial de la probeta! en mm&

El mdulo de elasticidad lo podemos calcular tambi%n como se indica&

1 A

PL E i

δ = )& Jcm\! lb J pl)\

El modulo de elasticidad esta relacionado con la fuer.a de enlace entre los átomos

que forman el metal&

Por e/emplo el acero tiene un modulo de elasticidad de 58 + 18: PSI " el del aluminioes de l8 a 11 + 18: PSI& -ecuerde para convertir a kg/cm2 multiplique por 8&8085F

ESFUER"O DE CEDENCIA FLUENCIA

Es aquel en el que el desli.amiento se @ace notorio! este esfuer.o! provocadeformacin plástica& En los cálculos se considera en área ori)inal&ESFUER"O DE CEDENCIA CONVENCIONAL

En al)unos materiales el esfuer.o en el cual cambia de comportamiento elástico aplástico no se detecta con facilidad! en estos casos se determina un esfuer.o defluencia convencional el cual es de 8&2W es 8&882 mmJmm&

Esto se determina a partir del dia)rama car)a'deformacin esfuer.o'deformacin dela si)uiente maneraG

' Se tra.a una l$nea paralela a la .ona elástica rectaF de la )rafica! iniciándose en8&882mm del e/e que nos indica las deformaciones! el tra.o se continua @asta que seintercepte la curva en el punto donde se locali.a el cruce! tra.amos una l$nea recta@asta el e/e de las car)as o esfuer.os de la )ráfica! obteni%ndose el valor del esfuer.o

convencional de cedencia&

(otaG en el -eino nido utili.an com,nmente el 8&1W de la deformacin&

ESFUER"O A LA TENSIN

Es la resistencia má+ima al material observada en la curva car)a deformacin como elpunto más alto& La resistencia má+ima a la tensin no es tan utili.ada en el dise#o de

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33


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in)enier$a para aleaciones d,ctiles! puesto que tiene lu)ar demasiada deformacinplástica antes de que se alcance&

Sin embar)o la resistencia má+ima a la tensin puede dar al)una indicacin a lapresencia de defectos& Si el material contiene porosidades o inclusiones! estosdefectos pueden causar un decremento ma"or al normal de la resistencia má+ima delmaterial&

1 A

P t =σ σ U Esfuer.o a la tensin si)maF

P U Car)a má+ima A1U Qrea inicia

ESFUER"O REAL O DEFORMACIN REAL

La reduccin del esfuer.o mas allá del punto de resistencia a la tensin ocurre debidoa la disminucin de -esistencia que opone el material! en este caso se utili.a el áreafinal! en los cálculos definiendo el esfuer.o real " la deformacin real como si)ueG

Esfuer.o -eal f A

' =σ *eformacin -eal

=

f A

A1lnδ

δ U *eformacin delta min,sculaFln U Lo)aritmo natural

A1 Af U Qrea Instantánea donde se aplica la fuer.a&

La e+presin

' A

A1ln debe de ser e+presada despu%s de iniciada la estriccin o

cuello de botella! esto sucede poco antes de la ruptura para medir el diámetro final setoma! la probeta quebrada se une " se efect,a la medicinF&

2.2.#.) DUCTILIDAD

Mide el )rado de deformacin que un material puede soportar sin romperse e+isten 2procedimientos para determinar la ductilidadG

1' Se miden las distancias entre las marcas @ec@as a las probetas antes " despu%s

del ensa"o& El >3+-,/6, , +


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2 ' Consiste en medir el área de la seccin transversal en el punto de fracturaobteniendo el >3+-,/6, , +,7--*/ 3 *54*/7-*/ , +, , 5,--*/6+/5,+5 que sufri deformacin durante el ensa"o lle)ando )eneralmente a laruptura&

( )100%1

1

−=

A

A A ' θ

θ Porcenta/e de reduccin t@etaF Af U Qrea final transversal de la probeta

2.2.$.) DETERMINACION DE PROPIEDADES! ESFUER"OS UNITARIOS! INDICES DE DUCTILIDAD Y MODULOS.

Las propiedades mecánicas de los metales " aleaciones son de importancia enin)enier$a las cuales se obtienen en un ensa"o de tensin traccinF " son lassi)uientesG

aF Esfuer.o en el l$mite Elástico iF *eformacin totalbF Modulo elástico /F deformacin unitaria lon)itudinalcF -esilencia


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BASTA EL LIMITE ELQSTICO

- U ` Pδ )'mm! lb'pul)&

δ U *eformacin correspondiente a la ,ltima car)a P dentro del L$mite Elástico&

dF MO*LO *E -ESILE(CIA

111 L A

R

V

R # == ) ' cmJcm! lb ' pl)Jpl)

L1 " A1 U Son las medidas iniciales&

eF ESDE-ZO *E CE*E(CIA DLE(CIAF

1 A

P CEDCED

=σ

En )eneral el esfuer.o de cedencia siempre esta aba/o del :8W del esfuer.o má+imo&

fF ESDE-ZO MQ6IMO

1 A

P #A% #A% =σ

)F ESDE-ZO *E -PT-A

1 A

P R&P R&P =σ

@F ESDE-ZO -EAL

f

R&P R

A

P =σ


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δ U *eformacin total delta min,sculaF

77


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$ C B A A A A A R P T +++++== .......δ )&mm! )&cm&! lb&pl)

*O(*E:- U -esilencia

Aa U Pa δ b'δ aF Ab U Pb δ c'δ bF Ac U Pc δ d'δ cFpF MO*LO *E TE(ACI*A*

111 L A

T

V

T # T == )'mmJmm! lb&'pl)Jpl)

*O(*E:

A UQrea inicial en mm2; L U lon)itud inicial en mm&

2.2..) ENSAYO ESTATICO DE TENSIN

Las normas que ri)en este ensa"o sonG NMX)B)1'2)1(88)SCFI M633 , >+7,

4,-/*-35 >+ >+37-635 , -,+3 33 7+,? B+*/, R3-, ,*4>-63 C+>; " la NMX B)#10)1(81)SCFI M633 , >+7, T,/5*/>+ >+37-635 , -,+3.

El t%rmino de ensa"o de tensin! se refiere a ensa"os en los cuales previamente unaprobeta preparada! es sometida a una car)a monoa+ial )radualmente creciente esdecir estáticoF! @asta que ocurre la falla&

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38


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En un ensa"o de tensin simple la operacin se reali.a su/etando los e+tremos de laprobeta! los cuales se irán separando conforme se incrementa la car)a&

La probeta se alar)a en direcciones paralelas a la car)a& Este tipo de ensa"e! seaplica a metales! aleaciones no ferrosas! fundidas! laminas! for/adas! pol$meros! etc&

REQUERIMIENTOS PARA PROBETAS DE TENSIN

Se acostumbra usar para tipos particulares de ensa"os! probetas que ten)an seccintransversal redonda! cuadrada o rectan)ular&

na probeta debe ser sim%trica con respecto a su e/e lon)itudinal! para evitar fle+indurante la aplicacin de la car)a&

Las probetas circulares se),n la norma! deben cubrir los si)uientes parámetrosG

*IME(SIO(ES E(E-ALESG (O-MAL MAS PENEAS P-OPO-CIO(ALES A LA (O-MA U Lon)itud Calibrada 98 8&18mm 59 8&18 29 8&18mm 1: 8&18mm 18 8&18mm* U *iámetro Seccion Calibrada 15 8&29mm 3&3 8&13mm :&8 8&18mm 7&8 8&3mm 2&9 8&89mm- U -adio .ona de Transicion 18mm :mm 9mm 7mm 2mm

A U Lon)itud de la Seccion -educida :8mm 79mm 52mm 14mm 1:mmL U Lon)itud total Apro+imada 129mmP U Lon)itud .ona de Su/ecion 59mm AP-O6& *E;E PE(ET-A- 2J5 O MAS E( LA MO-*AZAC U *iámetro .ona de Su/ecion 28mm

FRACTURAS

Las fracturas por tensin se clasifican en cuanto a su forma! te+tura " color& Conrespecto a su forma pueden ser sim%tricas! de cono o cráter! planas o rectan)ulares!por su te+tura pueden ser sedosas! )rano fino! )rano )rueso! )ranular! fibrosas! oastilladas& Por su color pueden ser cristalinas! vidriosas! o mate&

39

39


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2.2.&.) PROCEDIMIENTO PARA EFECTUAR EL ENSAYO DE TENSIONEN UNA MAQUINA UNIVERSAL.

La probeta para ser ensa"ada se le debe de aplicar una prueba de dure.a!conociendo su dure.a se calcula el esfuer.o má+imo& Conociendo el esfuer.o má+imo" el área de la seccin transversal se conocerá la car)a má+ima _P_! se multiplica por el factor 1&29 para as$ determinar la maquina idnea para el ensa"e&

En se)undo lu)ar! se pinta la seccin calibrada con a.ul de Prusia! "a que la tintaseco! se marca el centro de la probeta! a partir de este centro se tiene que marcar dosra"as á toda la seccin a 29 mmH la distancia entre las ra"as es de 98 mm&

PA-A EDECTA- EL E(SAO E( LA MANI(A *E 18 TO(ELA*AS! SE SIE ELP-OCE*IMIE(TO SIIE(TEG

1& Seleccionar cualquiera de las tres escalas circulares de 8 a 2888 )! o de 8 a 9888 )& o de 8 a 18888 )&! colocar la escala seleccionada en la carátulaprincipal&

2& Colocar contrapeso ,nicamente para 9 " 18 toneladasF5& Seleccione el pistn de 9 o 18 toneladas7& Colocar dispositivo para el ensa"e porta morda.as libremente! sin tener

obstruccinF& Para nuestro ensa"o se puede montar el dispositivo de monta/erápido en el cual las morda.as superiores tienen una protuberancia c@ipotitoF&Con las porta morda.as que de acuerdo al diámetro del cabe.al de las probetasseleccionar las indicadas&

9& Montar probeta se monta primero la parte superior de la probetaF! " con laa"uda de la manivela locali.ar en la parte inferior de la maquina! se apro+imanlas morda.as en la parte inferior de la probeta! la probeta no debe tener /ue)omovimientoF

:& Colocar selector de car)a lateral 18 tonF&0& Cerrar válvula de descar)a válvula i.quierdaF&3& Conectar equipo! abrimos lentamente válvula 24 válvula derec@aF! lentamente

aplicamos car)a para obtener un colc@n de aceite! esto se consi)ue @asta queaparece la marca ro/a en el pistn superior&

4& A/ustamos a cero la carátula! verificar que la probeta este totalmente su/eta&

18&Montamos papel milim%trico en el tambor )raficador&11& Con la manivela inferior verificamos si @a" precar)a aplicada listo para iniciar ensa"eF&

12&?erificar el cero en la carátula principal! lentamente abrimos válvula 24 para ir aplicando las car)as seleccionadas! cada ve. que lle)uemos a una de lascar)as! se debe mantener la car)a el tiempo suficiente para que su compa#erode equipo indique que elon)acin se tiene con esa fuer.a aplicada! estasoperaciones se deben de repetir @asta que la probeta se rompa! es importante

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que el equipo se de cuenta en que momento trono la probeta& La maquina,nicamente indicara la car)a má+ima en la a)u/a de arrastre&

15&*esmontamos la probeta para medir la distancia entre las marcas! esto se @aceuniendo los dos peda.os de la probetaH as$ mismo! se debe de medir el diámetroen la fractura&

17& ?erifique que la válvula 24 de car)a este cerrada " la válvula 58 de descar)aquede abierta! proceda a desmontar los dispositivos&

MAQUINA DE EN!I"N

INDI#AD"$ DE DE"$MA#I"N INDI#AD"$ DE #A$&A

'$"LEMA

! *+, n n ,nn n n ,l * l ++n +l * 50 . l, l ++n +l 13 : 86 D$ L* ; 62.3 . A* ; 7.8 .

",nn l l,<

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41


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ORDEN P (Kg.) DEFORMACIÓN

(O.01mm)

INCREMENTO ORDEN P (Kg.) DEFORMACIÓN

(O.01mm)

INCREMENT0

1 250 5 14 3500 2 500 12 15 3!50 122

3 !50 1" 1# 4000 1#"4 1000 25 1! 4250 22#5 1250 31 1 4500 2"2# 1500 3# 1" 4!50 3!2! 1!50 42 20 5000 511 2000 4" 21 5250 !40" 2250 55 22 5400 123010 2500 #2 23 5200 132011 2!50 # 24 5000 13012 3000 !5 25 4!00 14"013 3250 2 2# 3400 1#!0

) ",n< #g n l l=, l,+ #g +n+ #g > #g ?,.

#AL#ULA$<

) E*: n l l=, l,+.+) $ln+.

) E*: +n+.

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g) E*: l.

@) D*+n ,,l.) D*+n n, lng,nl.

) '+n, lgn, lng+n.B) D*+n n, ,nCl.

l) '+n, ,++n ++n .) '+n, +n.

222

1 327.14

)3.1)(1416.3(

4cm

d A ===

π

222

2 4778.04

)6084.0)(1416.3(

4

)78.0)(1416.3(

4cm

d A ==== π

) 2

2

1

/5282.2637327.1

3500cmkg

cm

kg

A

Pl E ===σ

) ( ) ( ) ( ) cm Kg P R −=== 154088.035005.02

1δ

+) 2

2

1

/9231.2825327.1

3750cmkg

cm

kg

A

P ced ced ===σ

) 2

2

1

/3293.4069327.1

5400cmkg

cm

kg

A

P #A% #A% ===σ

42

42


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g) 2

2

1

/1703.2562327.1

3400cmkg

cm

kg

A

P R&P Rup ===σ

@)

2

22

/9480.71154778.0

3400cmkg

cm

kg

A

P R&P

R

===σ

) cmmm L L 23.13.12503.6212 ==−=−=δ

) 246.0.5

.23.1

1

===cm

cm

L

δ ε

B) ( ) ( ) ( ) %6.24%100246.01005

23.1100%

1

==== L

δ ε

l) 6399.0327.1

4778.0327.1

1

21 =−

=−

= A

A Aθ

) ( ) ( ) ( ) %9939.631006399.0100327.1

4778.0327.1100%

1

21 ==−

=−

= A

A Aθ

DRB

DB−

=130

7300;

86130

7300

−;

44

7300; 165.9090 g*/ F 490; 81295.4545 l. /?lg.

(3918.6134 g*/+ /0.0703 ;55741.3001 l/?lg. #"M'A$AIV")

n) 4129.0100000

400004545.29581

100000

40000% > =

−=

−= σ

C %

P-O;ETA SOMETI*A A TE(SIO( P-O;ETA D-ACT-A*A

C343 ,,4>3 6,/,435 7, 7/ >+3,6 , -,+3 57, -*=/+*-3 >+,5,/6 7/6*>3 , +-67+ , -3/3 ; -+6,+ , 6,@67+ SEDOSO. E H*,++3 3+3 >+,5,/67/ +-67+ DENTADA ; FIBROSO 4*,/6+5 7, +-67+ 6=>*- , *,++37/*3 ,5 GRIS PLANO Y GRANULADA.

43

43


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2.2.'.) DISCUSION DE RESULTADOS WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW

WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW

2.#.) COMPRESION

Este termino se define como el traba/o que se debe desarrollar para apro+imar laspart$culas del material sometido a la prueba o ensa"e en la cual una probeta es

sometida a una car)a monoa+ial )radualmente creciente casi estáticaF @asta queocurre la falla o se lle)a a la condicin deseada por lo que respecta a el sentido "direccin de la fuer.a de compresin es meramente contraria a la tensin&

E+isten varios factores que se toman en cuenta para seleccionar el ensa"e decomprensin! las más importantes sonG

AF La conveniencia del material para comprobarse ba/o un tipo de car)a dado!;F La diferencia de las propiedades del material frá)il ba/o las car)as de tensin o compresin&CF La dificultad " complicaciones para la su/ecin o apo"os de los e+tremos de la pie.a a ensa"ar&

(ota& En compresinG estamos uniendo o acercando las part$culas de la probeta!)eneralmente los materiales frá)iles se ensa"an a compresin&

En los materiales ferrosos " no ferrosos sus propiedades mecánicas son simplementelas mismas en compresin " en tensin&

Las limitaciones especiales para iniciar el ensa"o de compresin sonG

1F La dificultad de aplicar la car)a verdaderamente conc%ntrica " a+ial&

2F El carácter relativamente inestable de este tipo de car)a en contraste con la

car)a de tensin

5F La friccin entre los puentes de las maquinas de ensa"e o las placas deapo"o " la superficie de los e+tremos de la probeta debido a la e+pansinlateral de esto&

7F Las áreas seccionadas relativamente ma"ores de la probeta para obtener un)rado apropiado de la estabilidad de la pie.a&

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2.#.1.) PROBETAS PARA ENSAYO

Las probetas para ensa"o de compresin son pie.as peque#as de madera debenestar limpias! libres de nudos " la fibra debe de ser en un caso paralela a la car)a " enotro caso perpendicular a esta normalmente se usa 2 + 2 + 3cm con la fibra paralelacon la car)a& Para ensa"os con fibras perpendiculares a la car)a las probetas son 2 +2 + :cm& La car)a se aplica a trav%s de una placa metálica de 2 de anc@o colocadassobre el canto superior de la car)a o a distancias i)uales de los e+tremos colocándolacon el An)ulo recto respecto a la probeta! la resistencia a la compresin de ladrillopara construccin! se determina utili.ando medio ladrillo con la superficie plana lama"orF paralela a la placa ensa"e acostadoF ASTM K C ' :0F&

(ormalmente las probetas de compresin reciben el nombre de columnas las cualesdependen del )rado de esbelte. EF de dic@as probetas " se calcula con la si)&DormulaG

l trans(ersaci)nlade peque*amasensi)n

pr)betalade(ertical ensi)n E +

_ /)+ _ _ _ _ _ 345

_ _ _ _ 345. =

EEMPLOG

Se tiene una probeta de 2cm& por 2 cm por 3cm! con la fibra paralela a la car)a que esla de 3 cm&

428

.. == E + Se considera columna corta cuando el )rado de esbelte. es i)ual o menor a 2& Seconsidera columna mediana cuando el )rado de esbelte. es ma"or de 2 " menor que7& Se considera columna esbelta cuando el )rado de esbelte. es ma"or a 3&

2.#.2.) COMPRESION EN MATERIALES DCTILES

Los materiales d,ctiles )eneralmente no se someten a compresin debido a que elefecto de la prueba se reduce aG *isminucin de la probeta en lo que respecta a sualtura e incremento simultaneo de la seccin transversal sin lle)ar a producir laruptura& En consecuencia los resultados de tensin se aplican a compresin&

Las propiedades que se pueden determinar en un material d,ctil sonG

aF Esfuer.o en el l$mite elásticobF Coeficiente de elasticidad o modulo de oun) EFcF Esfuer.o a la CedenciadF -esiliencia -FeF Modulo de resilencia M-F

45

45


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*F -ESILE(CIA

Es la propiedad que tienen los materiales para absorber ener)$a dentro del l$miteelástico! se calcula i)ual que en tensin&

δ P R2

1= )'mm! lb&'pul)&

En dondeGδ U *eformacin correspondiente a la car)a P dentro del L$mite ElásticoP U La car)a aplicada en el limite elástico o limite de proporcionalidad

EF MO*LO *E -ESILE(CIA

El modulo de resilencia representa el traba/o o ener)$a absorbido por el material! por unidad de volumen " se calcula con la si)uiente formulaG

l V)lumen&ti

R # R =

111 L A

R

V

R # R == ) 'cmJcm! lb'pl)Jpl)

DF *EDO-MACI( TOTALG

El material sometido a una car)a presenta un cambio en su formaH este cambio es ensentido lon)itudinal " se representa por la disminucin de lon)itud o de altura! la cualse denomina *eformacin total " se representa por la letra )rie)a δF delta min,scula&

δ U Bi' Bf mm! cm! pul)F

En dondeG Bi U Lon)itud inicial " Bf U Lon)itud final

F *EDO-MACI( (ITA-IA LO(IT*I(AL ε F

-epresenta la deformacin e+perimentada por la probeta por unidad de lon)itud! esuna ra.n adimensional " se representa por la letra )rie)a %psilon εF " se calcula dela forma si)uienteG

1

1

11 H

H H

H L

f −=== δ δ

ε

BF W *E *EDO-MACIO(

La deformacin unitaria se multiplica por 188 " se representa como porcenta/e dedeformacin&

( )100%1

= L

δ ε

IF ESDE-ZO MQ6IMO *E COMP-ESI(

47

47


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*ebido a que los materiales d,ctiles no presentan car)a de ruptura! el esfuer.omá+imo se determina en base a las necesidades del dise#o esto es determinando lacar)a necesaria para comprimir la probeta un determinado porcenta/eF&

11

.

H A

H P f C #A% C #A% =σ &&&&&&&&Ecuacin 2

m

C #A% A

P =σ &&&&&&&&&&Ecuacin 1

A1! A8 U área de la seccin transversal antes de aplicar la car)aB1! B8 U altura de la probeta antes de aplicar la car)aBf! B2 U altura de la probeta despu%s de aplicar la car)a " retirarla&

m A U Qrea Media(otaG *ebido a que la medicin del área promedio Am es dif$cil medir directamente por la irre)ularidad a trav%s de la lon)itud de la probeta! el calculo se efect,a con la Ec& 2

F -ELACIO( *E POISSO(! Se representa por la letra )rie)a eta ηF&

( )

1

1

12

H

A

A A

δ ε

θ η

−

== H( ) ( )

f

f H

H A A 11=

θ U deformacin Transversal&

F *EDO-MACI( T-A(S?E-SAL! Se representa por la letra θ

1

1

A

A A f −=θ

LF PO-CE(TAE *E *EDO-MACI( T-A(S?E-SAL

( )100%1

1

−=

A

A A f θ

2.#.#.) COMPRESION DE MATERIALES FRGILESLos materiales frá)iles normalmente se someten a compresin! para este caso seutili.an materiales como el concreto! cerámicos! ladrillos! etc& los cuales presentan)eneralmente con su car)a má+ima el punto de rupturaH este tipo de material tienemu" poca deformacinH las propiedades que )eneralmente se calculan son lassi)uientesG

48

48


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aF Coeficiente de elasticidad o Modulo de oun) EF&bF Esfuer.o en el l$mite elástico σF&cF Esfuer.o de cedencia σcedF&

dF -esistencia o esfuer.o má+imo a la compresin σcF&

Los materiales frá)iles casi no tienen .ona elástica " puede ocurrir que coincida elesfuer.o má+imo con el punto de ruptura& Las formulas son similares a las utili.adasen el ensa"o de tensin o las de compresin en materiales d,ctiles&

aF Coeficiente de elasticidad

1

1

A

PH E

δ =

-ecuerde que dentro de la .ona elástica se puede seleccionar la car)a PF " ladeformacin δ F delta min,scula& As$ mismo se considera el área transversal ori)inal

de la probeta&

bF Esfuer.o en el l$mite elástico

1 A

P LE =σ

El esfuer.o en el l$mite elástico! se obtiene con la misma formula que se a utili.ado entensin& -ecuerde que la car)a " la deformacin son las correspondientes al l$miteelástico l$mite de proporcionalidad&

cF Esfuer.o de cedencia

1 A P CEDCED =σ

dF -esistencia o esfuer.o má+imo a la compresin

1 A

P #A%

C =σ

El esfuer.o má+imo ,ltima resistencia de compresin en un material frá)il es cuandola car)a má+ima con la car)a de ruptura coincide&

P+ ,,-67+ , ,/5;3 3-7>+,435 47*/ 7/*,+5 , 63/5.Motor de BP& :8 ciclos trifásico 228?&F

La maquina cuenta con un p%ndulo de lon)itud " masa variable! el p%ndulo tieneperforaciones indicando las car)as 9888! 5888! 1888 " 988F! el contrapeso se coloca en el p%ndulo ,nicamente para las car)as de 5888 " 9888


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@usillo& En la parte inferior del @usillo tiene una cavidad especial para alo/ar losaditamentos especiales penetradores! soporte para compresin! para tensinF&

Tiene una mesa de traba/o con sistema de rotula& La mesa de traba/o esta soportadapor su sistema de pistones! un pistn para 9888


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2.#.$.) DISCUSIN DE RESULTADOS

VVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVV VVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVV VVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVV

2.$. FLEXION Y DOBLES

2.$.1.) HIPOTESIS DE FLEXION

P+*4,+ *>6,5*5: es un elemento sometido a fle+in dentro del l$mite elástico! en elcual se mantiene en un plano antes " despu%s de la fle+in&

S,6,5*5: todos los materiales son perfectamente @omo)%neos e istropos&

I536+3>=G Caracter$stica de los materiales de tener las mismas propiedades en todasdirecciones con un modulo elástico i)ual en tensin " en compresinF&

2.$.2.)OBJETIVO DE LA PRCTICA

El alumno obtendrá los conocimientos básicos del comportamiento de los materialessometidos a fle+in " los aplicara a los problemas prácticos&

Se anali.aran los comportamientos de los materiales @omo)%neos aplicando fuer.assobre la vi)a en el centro " aplicándolas tambi%n sobre dos de sus tercios& Cuando aun cuerpo se le aplica una car)a " aparecen esfuer.os de compresin " tensin! sedice que esta sometido a fle+in&

Se recomienda tener dos muestras " las dimensiones sonG

51

51


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2.$.#.) CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Si tenemos un elemento sobre el cual act,an unas fuer.asde tal manera que tiendan a inducir esfuer.os compresivossobre la parte superior " sobre la parte inferior esfuer.ostensivos o de tensin de dic@o elemento se comprenderáque esta sometido a fle+in& Se deben anali.ar los

esfuer.os má+imos dentro del l$mite elástico&

FALLAS EN FLEXION

Para el @ierro fundido " para el concreto simple! las fallas que se presentan sonsiempre de manera s,bita&

L5 5 , *7,,/ 5,+:

1& Dalla del acero! debido a los esfuer.os sobre el punto de cedencia resultante en

las )rietas verticales sobre el lado tensado de la vi)a&2& La falla del concreto en compresin que se presentan en las fibras mas

ale/adas del e/e neutro&5& Las fallas del concreto por tensin dia)onal debido a los esfuer.os cortantes

e+cesivos que resultan en la formacin de )rietas que desciendendia)onalmente @acia las reacciones tornándose frecuentemente @ori.ontales

/ustamente arriba del armado principal en las vi)as de claro simple&

L5 5 ,/ *


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PROBLEMA:

Se efectu un ensa"o de fle+in con car)a centrada en una vi)a de madera de pinocon una lon)itud de 50&9 cm&! de peralte de 2&80 cm& " la @uella de 7&3: cm& Ladistancia entre los apo"os es de 55 cm& " el modulo de elasticidad es de 1388


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dF Esfuer.o má+imo en fle+ineF *efle+in má+ima flec@aF

aF 433

592.312

)07.2)(86.4(

12cm

bd ! ===

bF cmkg PL

# −=== 5.12374

)33)(150(

4H

cmneutr)e,e-c 035.107.22

1)(

2

1===

cF 2>> /573.356592.3

)

2

07.2)(5.1237(

cmkg ! C # ===σ

dF 2

2 /62.356

82.20

)5.1237)(6(6cmkg

bd

# f m. ===σ

eF 2/126540)0703.0)(1000)(1800( cmkg ksi E ==

cm E!

PL

' 2470.0)592.3)(126540)(48(

)33)(150(

48

33

===

54

54


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55

55


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CalcularG

aF Momento de inercia&bF Momento fle+ionante para una car)a concentradacF Esfuer.o má+imodF Esfuer.o má+imo en fle+ineF *efle+in má+ima flec@aF

aF 433

592.312

)07.2)(86.4(

12cm

bd ! ===

bF cmkg PL

# −=== 5.12374

)33)(150(

4H

cmneutr)e,e-c 035.107.22

1)(

2

1===

cF 2>> /573.356592.3

)

2

07.2)(5.1237(

cmkg !

C #

===σ

dF 2

2 /62.356

82.20

)5.1237)(6(6cmkg

bd

# f m. ===σ

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eF 2/126540)0703.0)(1000)(1800( cmkg ksi E ==

cm E! PL ' 2470.0

)592.3)(126540)(48()33)(150(

48

33

===

P+ --7+ 7/ *


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Los radios de curvatura se consideranG

P+ 46,+*,5 57,5 3 , 3 -+3/3 , 1 2 ,-,5 , ,5>,53+ P+ 46,+*,5 45 7+35 , # $ ,-,5 , ,5>,53+

*urante el doblado se aplican fuer.as que causan la deformacin permanente " losesfuer.os aplicados están por deba/o del ,ltimo esfuer.o a la tensin&

Los materiales sometidos a este tipo de esfuer.os tienden a tratar de recuperar suforma ori)inal! este fenmeno se conoce como resorteo sprin) bac+7, 33.Indica que la prueba consiste en someter una probeta recta! slida rectan)ular!circular o poli)onal! a una deformacin plástica por doblado sin invertir el sentido de lafle+in durante la prueba& El doblado debe reali.arse @asta que uno de los e+tremosde la probeta forme con el otro e+tremo! un án)ulo +F determinado&Los e/es de los e+tremos de la probeta deben de permanecer en un planoperpendicular al e/e de doblado&

La maquina de prueba más com,n consiste básicamente en dos apo"os! )iratorios! deseparacin re)ulable " un mandril central intercambiable que e/ercerá una presinsobre la probeta! mediante su despla.amiento& Los apo"os deben de ser más lar)os "

el mandril más anc@o que el diámetro o el anc@o de la probeta " deben de ser indicados en la norma del producto&

Otro tipo de maquinas usadas en pruebas tiene una matri. enforma de Ru! de Rv " el mandril en su despla.amientodeformara la probeta& Las aristas de los apo"os debenredondearse " no deben presentar resistencia aldespla.amiento de la probeta& Se aplican tres diferentes ensa"osG

aF prueba sobre dos apo"osbF prueba sobre bloquecF prueba de doblado a 5&171: radianes

;ásicamente en los procesos de fabricacin! @a" dos sistemas de doblado! ocupadospara este fin el doblado al aire " el doblado de asiento&

*oble. al aireG este sistema consiste en usar dados de menor án)ulo que el doble.

58

58


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que se requiere por lo tanto el material que se va a doblar solo toca 5 puntos! losbordes de la abertura del dado @embra " el filo del dado mac@o! por lo tanto si sedesea un án)ulo de 48 se acostumbra usar uno de 3: o uno de 58H el doble. seconsi)ue re)ulando la profundidad! el avance de dado mac@o a/ustado a la carrera dela prensa&

En la práctica se acostumbra una abertura del dado @embra i)ual a 3 veces elespesor de material! lo cual produce un radio interior del doble. apro+imadamente delespesor del material&

A ma"or abertura del dado @embra! ma"or radio interior! pero menor tonela/eaplicado&

*oble. de asiento& En este sistema de doblado! se usan dados con el án)ulo " elradio e+acto del doble.H el dado mac@o con el radio deseado! "a que el dado mac@o allle)ar @asta el fondo acu#a el radio interior con el radio @embra&

El sistema de doble. de asiento! tiene la venta/a de que los dobleces se controlanperfectamente el án)ulo " radio! pero tienen el inconveniente de requerir un tonela/ema"or que el doble. al aire! apro+imadamente de 2 a 5 veces&

I/3+4-*/ >+ --7+ , ,5++33 , 3,?.

R,-7,+,: En acero rolado en fri! cuando no se conoce la dimensin R- se

considera dos veces el espesor del material! con las formulas anteriores ,nicamentecalculamos los radios! para obtener el desarrollo total de la pie.a! a)re)amos lassecciones correspondientes&PROBLEMAS

1& Calcule la fuer.a para doblar una pie.a de acero rolado en fr$o con una seccin de8&047cmF+1&9cmF " tiene un esfuer.o de fluencia es de 5919


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DU + A U 5919


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bF La entalladura en forma de Ru se efect,a en materiales considerados dedure.a media o ma"or&

cF La entalladura en forma de o/o de cerradura se efect,a en materialessint%ticos como plásticos& acr$licos! materiales polim%ricosF&

El efecto de la ranura es conectar los esfuer.os en su ra$. e inducir patrones deesfuer.os a+iales que limitan el flu/o plástico e incrementan el limite elástico delmaterial debido a que la ma"or parte de ener)$a de ruptura es absorbida en una solare)in de la pie.a ori)inando una fractura de tipo quebradi.a&

La tendencia de un material d,ctil es de comportarse como un material frá)il! alromperse la probeta ranurada! a esto se le denomina_ sensibilidad de ranura de los

materiales_&

2..#.) ENSAYOS DE IMPACTO CHARPY E I"OD.

Son los m%todos mas com,nmente usados! en ambos se emplea el p%ndulo " lasprobetas ranuradas& La diferencia es que C@arp"! la probeta la apo"a en un "unque!como una vi)a simplemente apo"ada " en el m%todo I.od! la probeta se coloca comouna vi)a en cantiliver&

eneralmente las maquinas para ensa"os de impacto se componen deG

> U peso del p%ndulo 14&51


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α U án)ulo inicial C@arp" U 1:8&9^F I.od U 38&5^Fβ U án)ulo de elevacin

B U altura de ca$da del centro de)ravedad del p%ndulo@ U altura de elevacin del centro de )ravedad del p%ndulo- U distancia del centro de )ravedad del p%ndulo al e/e de rotacin cero&

n p%ndulo de 14&51 )H Inicia con una altura BF! )ira describiendo un arco)olpeando a la probeta! la rompe " contin,a su )iro alcan.ando una elevacin menor

final @F& Conociendo la posicin inicial! la elevacin final " el án)ulo del p%ndulo secalcula la diferencia de ener)$a potencialH esta diferencia es la ener)$a absorbida porla probeta durante su ruptura&

El ensa"e de impacto es de tipo dinámico en el cual se )olpea " se puede lle)ar a laruptura mediante un )olpe dado a una probeta seleccionada! la cual debe ser maquinada " pulida superficialmente! usualmente ranurada& Por lo tanto la prueba deimpacto se define comoG la ener)$a necesaria para romper una barra de prueba por una car)a con impulso& Nue no es otra cosa que el indicio de la tenacidad de unmaterial sometido a la car)a de c@oque& Tambi%n se define como el c@oque de dosmateriales de/ando en el material sometido a prueba una @uella&

2.&.) TORSION

2.&.1.) GENERALIDADES

Cualquier vector momento que sea colinial con un e/e )eom%trico de un momentomecánico se llama vector de momento torsionante debido a que la accin de tal car)a@ace que el elemento e+perimente una torcedura alrededor o con respecto a ese e/e&na barra sometida a tal momento se dice que está en torsin&

En la fi)ura se muestra un momento torsionante RT aplicado a una barra solidaindicando el sentido& Los vectores Momento torsionante se representan con lasflec@as mostradas en el e/e 6& El án)ulo de torsin de una barra de seccin circular secalcula con la si)uiente formula&

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+/

TL=θ

En dondeG θ U án)ulo de torsin radF T U momento torsionante


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dF 2

33> /6396.155

)28.1(

641.51.5 cmkg

cm

cmkg

D

T =

−==τ

eF U 8&539F EF U 8&539 + 015!888 U 207!989 )Jcm2

fF radianescmcmkg

cmcmkg

+/

TL01327.0

)2635.0)(/274505(

)15)(64(42

=−

==θ

Para convertir en )rados tenemos queG -adianes por 90&24903 U )rados an)ularesF

θ U 8&8152021F + 90&24903F U 8&0:8 )rados&

CILI(*-O BECO O CO-O(A

El esfuer.o cortante se calcula de la si)uiente formaG

−

=

)1(

11.5

43> α τ .

D

T

TA;LA *E ?ALO-ES E( CILI(*-OS BECOSα U dJ* 8&9 8&: 8&0 8&3 8&4 8&49

1J1'α7F 1&8::0 1&1734 1&5294 1&:147 2&415: 9&5483

El esfuer.o cortante má+imo tambi%n se puede calcular de la si)uiente maneraG

))((

16

))((

24444> d D

T

r R

T

−=

−=

π π τ

El esfuer.o cortante m$nimoG

))(( >Τ= R

r mimτ

El momento polar de inercia se calculaG

)(32)( 444

cmd D /

π

−=

Cuando una barra se tuerce se desarrollan esfuer.os de tensin " compresin! estosesfuer.os siempre están acompa#ados del esfuer.o cortante& El esfuer.o cortantemá+imo se presenta a un án)ulo de 79^ con respecto a los esfuer.os principales " suvalor es la mitad de la diferencia entre el esfuer.o principal má+imo " m$nimo&

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2

)( 21>

τ τ τ

−=C

P-O;LEMAGna barra de aluminio maci.a redonda con una lon)itud entre cabe.ales de 19cm! undiámetro de 12&3 mmH EU 015888


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En el caso de un slido amorfo! las mol%culas o )rupos de mol%culas se desli.an unasrespecto a otras de manera que dependen del tiempo& Este mecanismo se conocecomo termofluencia viscosa& *ebido a que los materiales tambi%n tienen deformacin"a sea elástica o plástica! la termofluencia se desi)na @abitualmente comodeformacin visco elástica o visco plástica&

El movimiento de las mol%culas en los slidos amorfos! constitu"e un proceso dedifusin favorecido por los incrementos de temperatura& Por consi)uiente se le conocecomo un proceso activado t%rmicamente

En los materiales cristalinos como los metales! sus aleaciones " las cerámicascristalinasF la termofluencia se produce "a sea por difusin o por dislocaciones&

En el caso de los metales! la influencia de la temperatura se basa en la temperaturaabsoluta de fusin T F& Cuando la temperatura es del orden de 8&5 a 8&: T o ma"or!los movimientos de los átomos inducen una deformacin mu" lenta! llamadatermofluencia!

La T tambi%n se utili.a en las cerámicas cristalinas puras& Sin embar)o! en la prácticala ma"or$a de las cerámicas son de m,ltiples componentes " no tienen unatemperatura de fusin definida& La medida de la capacidad refractaria es el conoperimetrito equivalente o el punto de reblandecimiento! que es la temperatura a la queel cono de cerámica estudiada se reblandece o dobla&

En el caso de los vidrios! el punto de reblandecimiento es la temperatura a la que elvidrio se deforma por efecto de su propio peso&

Los materiales polim%ricos tambi%n muestran esta termofluencia& En los pol$merosamorfos la ener)$a de activacin " la viscosidad son ba/as " el pol$mero se deforma con esfuer.osreducidos& Cuando al pol$mero se le aplica un esfuer.o constante sufre con rapide. unadeformacin! conforme los se)mentos de cadena se deforman& Con los pol$meros seutili.a la temperatura de transicin v$trea TF o la temperatura de desviacin concar)a T*CCF& Esta se)unda temperatura es relativamente ba/a! de tal manera que! atemperatura ambiente! los pol$meros presentan una importante termofluencia&

T,+437,/-* >3+ *75*/:

Implica el movimiento de varian.as " esto puede ocurrir principalmente a trav%s de los)ranos o a lo lar)o de los l$mites de )rano& El movimiento de vacancias a trav%s de los)ranos se denomina 4,-/*5435 , N++3)H,+*/


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*ebido a que la termofluencia es un fenmeno activado por difusin! si)ue la le" de Arr@enius& Es una ecuacin emp$rica que describe la velocidad de una reaccin comouna funcin de la temperatura " de la barrera de ener)$a de activacin&

La capacidad de los átomos " de las imperfecciones para difundirse aumentaconforme se incrementa la temperatura! o los átomos incrementan su ener)$a t%rmica&La ra.n de movimiento esta relacionada con la temperatura o ener)$a t%rmica&

-a.n de movimiento U

− RT

0 E%P C 0

En donde R 0C es una constante! - es la constante de los )ases 1&430calJmol&F! RTes la temperatura absoluta ^F " RN la ener)$a de activacin calJmolF requerida paraque una imperfeccin se mueva& Esta ecuacin se deduce a partir de un análisisestad$stico sobre la probabilidad de que los átomos ten)an la ener)$a adicional RN

necesaria para moverse& La ra.n de movimiento está relacionada con el n,mero deátomos que se muevan

T,+437,/-* >3+ *53--*3/,5:

Implica el movimiento de dislocaciones& Se piensa que el escalamiento dedislocaciones es un factor importante& El escalamiento de dislocaciones si)nifica queel borde del plano adicional @asta otro plano paralelo al plano anterior en el queestaba previamente& Este tambi%n implica la difusin de vacancias! por lo que la ra.nde cambio de deformacin tambi%n se activa t%rmicamente

En la deformacin plástica se produce la activacin de las fuentes de dislocaciones "la ener)$a cin%tica proporcionada por el calor! lo que a"uda a las dislocaciones amoverse a trav%s de un cristal e+pandi%ndose rápidamente ba/o un esfuer.o aplicadoque es la fuer.a que mantiene a una dislocacin en su posicin de ba/a ener)$a en lared cristalina&

Cuando los metales se deforman a temperaturas elevadas! se observan nuevossistemas de desli.amiento& Aunque a temperaturas elevadas pueda iniciarse eldesli.amiento como bandas espaciadas con relativa uniformidad! cuando ladeformacin pro)resa @a" tendencia a que el ci.allamiento posterior se limite a unaspocas& La tendencia a que se produ.ca el desli.amiento cru.ado " la formacin de

bandas de deformacin aumenta con la temperatura& En la pro+imidad de los l$mitesde )rano se producen fenmenos comple/os de deformacin! a temperatura elevadaestos l$mites restrin)en menos la deformacin que a temperatura ambiente&

' El desli.amiento de los bordes de )rano debe estar acoplado con la deformacinplástica de las cavidades debido a la interaccin del borde con la inclusin&

69

69


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La fi)& 5 muestra esquemáticamenteel mecanismo de fractura por nucleacin " crecimiento de @uecosen los bordes de )rano& Mientras quea temperaturas ba/as los materialessuelen fallar por formacin de )rietas!a temperaturas elevadas se empie.an

a formar cavidades en los bordes de )rano! especialmente si @a" se)re)acin deimpure.as lo que conduce a un debilitamiento de estas re)iones&

2.'.2.) DISE]O CON TERMOFLUENCIA: PARAMETROS DE TIEMPOTEMPERATURA

En el dise#o en in)enier$a en el que interviene la termofluencia! no debe @aber deformacin e+cesiva ni ruptura dentro de la duracin deseada del componente oestructura&

na estrate)ia satisfactoria consiste en utili.ar parámetros de Tiempo'Temperaturaque se basan en ensa"os de corto tiempo a temperaturas más altas que la

temperatura de servicio esperado& Estos parámetros se usan despu%s de estimar elcomportamiento en tiempos más lar)os a temperaturas de servicio que es mas ba/a&

*os de estos parámetros! el de S@erb" ' *orn " el de Larsen ' Miller se basan en lara.n de cambio por termo fluencia viscosa " no en las teor$as aceptadas masrecientes de termofluencia por difusin a saberG la termofluencia de (avarro'Berin) ode Coble& (o obstante! ambos proporcionan estimaciones ra.onables! pero nin)unode ellos ofrece una clara superioridad&

2.'.#.) ENSAYO DE TERMOFLUENCIA

Se somete a al),n material a esfuer.os a+iales a una temperatura espec$fica! " se vamidiendo la deformacin " los cambios de lon)itud que se va provocando en elesp%cimen! los datos se re)istran&

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Dl:


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Babitualmente! los ensa"os sobre un material dado se llevan a cabo a diversastemperaturas " esfuer.os! " la duracin de los ensa"os puede ir desde menos de unminuto @asta un a#o o varios&

Las curvas producidas en un ensa"o de termofluencia muestran etapas primarias!secundarias " terciarias& La evaluacin finalmente termina cuando el material entra endeformacin plástica " posteriormente lle)a a la fractura&

E7-*/ , -34>3+64*,/63 , 6,+437,/-*.

Para determinar las caracter$sticas de termofluencia de un material! se aplica unesfuer.o constante a un esp%cimen calentado a cierta temperatura! en un ensa"o determofluencia& Tan pronto como se aplica el esfuer.o! el esp%cimen se estira en forma elástica unapeque#a cantidad! dependiendo del esfuer.o aplicado " del modulo de elasticidad del material aesa alta temperatura& Tambi%n se pueden @acer ensa"os de termofluencia con car)asconstante! lo cual es importante desde el punto de vista de dise#o de in)enier$a& Ascenso dedislocaciones Las temperaturas altas permiten que las dislocaciones asciendan en unmetal! en consecuencia! los átomos se mueven por difusin @acia o desde la l$nea de dislocacin!@aciendo que la dislocacin se mueven en direccin perpendicular! no paralela! al plano dedesli.amiento& La dislocacin escapa de las imperfecciones de la red! continua desli.ándose "causa deformacin adicional del esp%cimen! incluso en un esfuer.o ba/o&

La fi)& 7 muestra esquemáticamente un resumen de las etapas de la transformacinen la microestructura de un material sometido a termofluencia& la curva t$pica determofluencia muestra la deformacin producida como una funcin del tiempo para unesfuer.o " temperatura constante&

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Se aplica un esfuer.o constante a una probeta calentada a alta temperatura& Encuanto es aplicado! la probeta se deforma elásticamente una peque#a cantidad!dando inicio a la >+*4,+ ,6>&

-apide. de la Termofluencia -&T&FG es la pendiente de la porcin estable de la curva!5,&

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. 4.- M, l + n l ,+,


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t

E

tiemp)

n Def)rmaci1T R

∆∆

=∆

∆=...

Dinalmente! durante la 6,+-,+ ,6> de la termofluencia empie.a el encuellamiento!la muestra se deforma a una rapide. acelerada! @asta que ocurre la falla& El tiempoque se requiere para que esto ocurra es el tiempo de ruptura&

Parámetro de Larson'MillerG es usado para condensar la relacin esfuer.o'temperatura'tiempo de ruptura en una sola curva&

( )[ ]t Ln B AT

# L J1000

.. +=

T U temperatura en )rados elvin&t U tiempo en @oras

A " ; U constantes del material

A>*--*3/,5

En los álabes de las turbinas de )as! turbinas de vapor! en plantas termoel%ctricas "componentes similares en motores de aviones! de co@etes! reactores nucleares& Por otro lado es ,til en l$neas de vapor a alta presin! " en @ornos de fundicin demateriales no ferrosos "a que están sometidos a elevadas temperaturas&

2.8.) F

apuntes c. m. ii rev febrero 2016 (1).doc

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