UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Materiales de Ingeniería Química Capitulo 6 Propiedades y Comportamiento Mecánico de los materiales Prof. Juan P. Urbina C. Mérida, 05 de Junio de 2009 UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Esfuerzo y deformación Esfuerzo: es la fuerza que actúa sobre el área de sección transversal unitaria de un material CAUSA Deformación Unitaria: elongación o cambio de dimensión por unidad de longitud EFECTO UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Esfuerzo y deformación Ejemplo: Extrusión Metales, Polímetros Metales Polímetros, Materiales compuestos Esfuerzos cortantes o de cizallamiento UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Esfuerzo y deformación Ejemplo: Extrusión UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Esfuerzo y deformación Deformación elástica: deformación restaurable debido a un esfuerzo aplicado al material Características: •Es instantánea •Dura lo que dura la aplicación del esfuerzo •Desaparece tan pronto se retira la fuerza •La deformación no es permanente E= Modulo de Elasticidad o modulo de Young Lineal UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Esfuerzo y deformación Comportamiento elástico no lineal Elastómeros deformaciones elásticas grandes y el comportamiento no es lineal UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Esfuerzo y deformación Deformación plástica: es la deformación permanente de un material. El material no regresa a su estado original. Características: •Puede ser rápida o lenta •No desaparece al retirar la fuerza La mayoría de los materiales presentan estos dos tipos de deformación cuando se aplica una fuerza UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos CARGA Ensayo de Tensión: Resistencia de un Material a una f fuerza estática táti o aplicada li d lentamente Se obtiene datos de: Esfuerzo aplicado vs. Deformación Fuerza vs Cambio de longitud Probeta estándar de 0,505 pulg g calibrada de diámetro y longitud a 2 pulg Extensómetro UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Extensómetro UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos y de Tensión Ensayo Para cada material, la respuesta al ensayo es diferente y se corresponde con las propiedades mecánicas del material UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos y de Tensión: Ensayo Esfuerzo y deformación Ingenieriles Esfuerzo Ingenieril Especimen estándar Deformación Ingenieril Ao = Área sección transversal inicial g entre las marcas de calibración Lo = Distancia original ∆l = Cambio de Longitud UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Tensión: UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Tensión: UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Tensión: Fenómeno de punto de fluencia Los átomos intersticiales agrupados g p alrededor de las dislocaciones, evitan el deslizamiento y aumentan el esfuerzo Una vez que ocurre el deslizamiento, la rapidez d d de deslizamiento li i t es mayor porque las dislocaciones se alejan de los grupos de átomos intersticiales UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Tensión: Estricción Formación de cuello UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos 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. Es una medida de la rigidez de los materiales UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Modulo de Resiliencia (Er): Es el área comprendida bajo la parte elástica de la curva de esfuerzo vs. deformación ingeniería, y representa la energía elástica que absorbe un material durante la carga y que después libera al quitar la carga. Er = (1/2) x (Resistencia de cedencia) x (deformación de cedencia) Tenacidad a la Tensión: Representa toda la energía que absorbe un material antes de romperse y se determina como el área bajo la curva esfuerzo deformación UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ductilidad: Es la deformación que puede sufrir un material sin fracturarse Se mide como % Alargamiento = (Lf – Lo)/ Lo x 100 Reducción de Área = (Ao – Af)/ Ao x 100 UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Efecto de la Temperatura: Resistencia a la cedencia Modulo de Elasticidad Resistencia a la Tensión ó Ductilidad UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Efecto y deformación real: Real . Ingenieril UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Tensión: El ensayo de tensión para materiales frágiles, usualmente termina en la fractura del material En un material frágil, la resistencia i t i a la l cedencia, d i la l resistencia a la tensión y la resistencia a la ruptura suelen estar representados por el mismo punto del grafico σ vs ε UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Flexión para materiales frágiles: Consiste en la aplicación de una fuerza en el centro de una barra que p y en sus extremos p para esta apoyada determinar la resistencia del material a una carga estática o lentamente aplicada. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo d E de Flexión Fl ió para materiales frágiles: Resistencia a la flexión: esfuerzo necesario para fracturar un especimen en el ensayo de flexión Modulo de Flexión: es el módulo de elasticidad calculado de la curva esfuerzo f vs deflexión d fl ió Esfuerzo vs. Deflexión para el MgO UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Dureza: mide la resistencia a la penetración de un material material. Dureza de Brinell: Donde Donde, F es la fuerza aplicada en Kg D es el diámetro del penetrador en mm Di es el diámetro de la impresión en mm HB [=] Kg/mm^2 Este ensayo y no es aplicable p a materiales frágiles, ya que su ductilidad es casi nula y se fracturan UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Dureza: Dureza de Rockwell: La maquina de ensayo mide automáticamente la prof ndidad de penetración profundidad del indentador, la cual se convierte en un numero de dureza Rockwell. Rockwell No necesita una medición óptica UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Dureza: UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Comparación de escalas de algunos ensayos de dureza 1 Macrodureza:Uso de fuerzas 1. de > 2 N. 2. Microdureza:Dureza de materiales con cargas menores a 2 N usando la prueba de Knoop p p ((HK). ) 3. Nano-Dureza:Dureza de los materiales medida de 1–10 nm de escala de longitud usando una escala de fuerzas muy pequena (~100 µN) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo de Impacto: mide la habilidad del material a absorber la aplicación de una fuerza repentina sin romperse Energía de Impacto: es la energía necesaria para fracturar un especimen estándar cuando la carga es aplicada repentinamente Tenacidad al impacto: energía absorbida por un material, usualmente apuntado hacia una muesca, en las condiciones del ensayo de impacto Tenacidad a la fractura: la resistencia de un material a fallar cuando el material presenta fallas. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Propiedades p que q se obtienen del Ensayo y de Impacto: p Temperatura de transición Dúctil – Frágil Un material que será expuesto a fuerzas de impacto, deberá tener una temperatura de impacto inferior a la temperatura a la que estará expuesto UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo y de Fatiga: g es la disminución de la dureza de un material debida a esfuerzos repetitivos, que pueden ser mayores o menores que el esfuerzo de cedencia Las marcas de playa son patrones de marcas que suelen formarse en el interior del material cuando se expone a cargas intermitentes y la grieta crece. Pudo comenzar con una ralladura o picadura en la superficie del material UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo y de Fatiga: g L ruptura La t ocurre cuando la sección transversal que queda es pequeña para soportar la carga UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo y de Fatiga: g Ensayo de viga rotatoria en voladizo: Esfuerzo máximo: M es el momento Máximo y es F. (L/2) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO Ensayos Mecánicos destructivos Ensayo y de Fatiga: g Curva S-N (Curva Wöhler ): es una grafica que muestra el esfuerzo en funcion del numero de ciclos . UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUIMICA PROPIDADES Y COMPORTAMIENTO MECANICO FIN DE LA PRESENTACION Gracias por su atención!!!
