comportamiento mecánico y tensión de los materiales

8/18/2019 Comportamiento Mecánico y Tensión de Los Materiales

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Tecnología de los

materiales


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Introducción

Muchos materiales, cuando prestan servicio, están sometidos a fuerzas o

cargas, ejemplos de ello son los revestimientos refractarios de los

hornos, las aleaciones de aluminio con las cuales se construyen las alas

de los aviones, el acero de los ejes de los automóviles o las vigas y

pilares de los edificios. En tales situaciones es necesario conocer las

características del material y diseñar la pieza de tal manera que

cualquier deformación resultante no sea excesiva y no se produzca la

rotura. El comportamiento mecánico o las propiedades mecánicas de un

material reflejan la relación entre la fuerza aplicada y la respuesta del

material (o sea, su deformación).


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Las propiedades mecánicas de los materiales son muy sensibles a las

operaciones y procesos de separación.Los ingenieros de materiales y los metalúrgicos, por otro lado, dirigen

sus esfuerzos a producir y conformar materiales que puedan soportar las

condiciones de servicio predichas por el análisis de tensiones. Esto

necesariamente implica un conocimiento de la relación entre la

microestructura (es decir, los detalles internos) de los materiales y sus

propiedades mecánicas. Algunas de las propiedades mecánicas mas

importantes son la resistencia, la dureza, la ductilidad y la rigidez.


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Conceptos de esfuerzo- deformación

Esfuerzo: Es la fuerza que actúa sobre el área de sección transversal.

Deformación Unitaria: Elongación o cambio de dimisión por unidad de

longitud.


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Esfuerzos

La constitución de la materia de los

sólidos presupone un estado de

equilibrio entre las fuerzas de atracción

y repulsión de sus elementos

constituyentes (cohesión). Al actuar

fuerzas exteriores, se rompe elequilibrio interno y se modifican la

atracción y repulsión generándose por

lo tanto una fuerza interna que tenderá

a restaurar la cohesión, cuando ello no

ocurre el material se rompe.


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ESFUERZOS NORMALES ESFUERZOS TANGENCIALES

Son producidos por cargas que tienden a trasladar a lassecciones transversales en un determinado sentido

Son generados por pares de cargas, que actúan en elplano de las secciones transversales y tienden a producir

sus giros o deslizamientos.

TRACCIÓN Y

COMPRESIÓN

Se obtiene cuando lasfuerzas exteriores, de igual

magnitud, dirección ysentido contrario, tienden aestirar (tracción) o aplastar(compresión) el material

según el eje en que actúan. TORSIÓN

Se origina por efecto depares que actúan sobre los

ejes de las seccionestransversales, produciendoel giro de las mismas en

sus planos.

FLEXIÓN

Tiene lugar cuando seproducen pares de fuerzasperpendiculares al eje, que

provocan el giro de lassecciones transversales conrespecto a las inmediatas. CORTE

Las fuerzas actúannormales al eje del cuerpo,

desplazando entre sí lassecciones inmediatas.

Clasificación de los esfuerzos


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Procedimientos de

ensayo mecánico -

tecnológicos

Procedimientos de

ensayo metalográficos

Procedimientos de

ensayo no destructivos

Muestran elcomportamiento de losmateriales frente a lasfuerzas externas y en elmecanizado.

Proporcionanconocimientos sobre laestructura y tipo de latextura

Proporcionaninformación sobre lacomposición y sobrefallos (grietas, poros,inclusiones)

Solicitaciones continuasen reposo, por impulsos,periódicamentealternadas

Investigación de latextura en zonasesmeriladas, conaumento al microscopio

Análisis espectral,investigación por rayos X y ultrasonido,procedimiento del polvomagnético

Procedimiento de ensayos de

materiales


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Tipos de rotura

Los materiales dúctiles exhiben

normalmente una deformación plástica

substancial con muy alta absorción de

energía antes de la fractura.

Por otro lado en la rotura frágil existe

normalmente poca o ninguna deformación

plástica con poca absorción de energía en el

proceso de rotura.

En los materiales de ingeniería, existen dos tipos de fractura: dúctil y frágil. La clasificaciónesta basada en la capacidad del material para experimentar deformación plástica.


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Curvas de tensión- deformación

Las curvas tensión - deformación, usualmente, se obtienen mediante ensayos de

laboratorio realizados mediante normas estandarizadas y utilizando probetas también

estandarizadas. Se fijan la velocidad de carga y la temperatura.

Los ensayos se pueden realizar con cargas de compresión, tracción, flexión y cortadura,

que a su vez pueden ser estáticas o dinámicas. Los ensayos de compresión, tracción y

flexión con cargas estáticas son los que mas se suelen realizar.Los ensayos de COMPRESION Y FLEXION se realizan con los MATERIALES

FRAGILES, tales como los materiales refractarios, el hormigón, cerámicos, etc. Estos

materiales poseen una baja resistencia a la tracción en comparación con la de

compresión.

Las curvas tensión - deformación nos permiten determinar las principales característicasmecánicas de los materiales, Así, se pueden estimar una serie de importantes

propiedades tales como :

-Resistencia -Rigidez -Tenacidad

-Elasticidad -Ductilidad


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En la figura, puede verse la formageneral de la curva tensión -

deformación de un material dúctil y

la de un material frágil. Se puede

observar que los materiales dúctiles

rompen después de experimentar

una deformación apreciable,

mientras que los materiales frágiles

rompen después de pequeñas

deformaciones.


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Se muestra la curva tensión –

deformación del acero


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Diagrama de tensión- deformación de

un material refractario con un 70% de

AL2O3 en función de la temperatura y

el ensayado a compresión.


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Tensión admisible o coeficiente de trabajo

El cociente entre el límite elástico por el coeficiente de seguridad es la tensión máxima que se acepta paraque un material trabaje en condiciones de seguridad. Esta tensión se llama tensión admisible o coeficiente

de trabajo.Valores del Coeficiente de trabajo

Material Tracción Compresión Flexión Corte

Hierro 750 a 1000 750 a 1000 750 a 1000 600 a 800

Aceros - perfiles - chapas 750 a 1800 750 a 1800 750 a 1800 600 a 1200

Fundición gris 250 500 a 1000 ---------- 200

Cobre 400 a 600 600 a 700 ---------- 300 a 500

Pino tea 60 a 100 40 a 60 40 a 100 10 a 35

Quebracho colorado 120 a 140 120 a 140 120 a 140 100 a 120

Urunday 90 a 120 90 a 120 90 a 120 80 a 100

Lapacho 80 a 100 80 a 100 80 a 100 60 a 80

Granito

----------

40 a 60

----------

----------

Caliza ---------- 15 a 60 ---------- ----------

Ladrillo prensado ---------- 10 a 12 ---------- ----------

Ladrillo común ---------- 5 a 6 ---------- ----------

Hormigón simple ---------- 10 a 40 ---------- ----------

Hormigón armado 35 a 60 35 a 75 35 a 70 35 a 60


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Ensayo de tensión

Resistencia de un material

a una fuerza estática o

aplicada lentamente.

Se obtiene datos de:

• Esfuerzo aplicado vs

Deformación

• Fuerza vs Cambio de

longitud


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Ley de Hooke

Aplica para materiales elásticos y representa la pendiente de la curva esfuerzo vs.deformación en la zona elástica. Se conoce como Modulo de Elasticidad o Modulo de

Young.

Todo esfuerzo ejercido sobre un cuerpo lo deforma.

La deformación es proporcional al esfuerzo mientras persiste la deformación.

Recíprocamente, todo cuerpo deformado ejerce un esfuerzo mientras persiste la

deformación, siendo el esfuerzo proporcional a esta.

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