Tema 7.- Ensayos mecánicos



Documentos relacionados
16-PRUEBAS MECÁNICAS

Comportamiento Mecánico

Tema 8.- Ensayos No Destructivos

¾ Relacionadas con habilidad del material para soportar esfuerzos (cargas)

ENSAYOS MECÁNICOS II: TRACCIÓN

ENSAYOS DE MATERIALES

Capítulo 5. Propiedades Mecánicas Ensayos mecánicos Prueba Tensil

CONSIDERACIONES TEÓRICAS GENERALES.

ENSAYO DE TRACCIÓN UNIVERSAL

Propiedades físicas y mecánicas de los materiales Parte II

Capítulo 3 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES

Física de los Procesos Biológicos Curso 2005/6

T R A C C I Ó N periodo de proporcionalidad o elástico. limite elástico o aparente o superior de fluencia.

UNIDAD 2 Características mecánicas de los materiales

TEMA 5. PROPIEDADES MECÁNICAS ESTRUCTURA DEL TEMA CTM PROPIEDADES MECÁNICAS

9. PROPIEDADES MECÁNICAS EN SÓLIDOS

% deformación = ε (%) = Δl 100

CFGS CONSTRUCCION METALICA MODULO 246 DISEÑO DE CONSTRUCCIONES METALICAS

EJERCICIOS TEMA 2: PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. ENSAYOS DE MEDIDA

PROPIEDADES EXTRINSECAS DE LAS ROCAS

ESCUELA INDUSTRIAL SUPERIOR. IRAM IAS U Productos de acero. Método de ensayo de tracción. Condiciones generales.

El valor máximo de la tensión a que esta sometida El valor mínimo de la tensión La diferencia entre el valor máximo y mínimo El valor medio (σ med )

Tema 8 Propiedades Mecánicas: curva Esfuerzo Deformación Unitaria.

Fundamentos de Diseño Estructural Parte I - Materiales. Argimiro Castillo Gandica

Las probetas pueden ser cilíndricas o planas. Las primeras son para forjados, barras, redondos. Las planas son para planchas.

ENSAYO DE TENSIÓN PROTOCOLO Curso de Materiales

ENSAYOS DESTRUCTIVOS EN LA SOLDADURA Segunda parte

DUREZA ROCKWELL. El esquema de determinación de la dureza según Rockwell se expone en la figura 1.

Materiales-G704/G742. Jesús Setién Marquínez Jose Antonio Casado del Prado Soraya Diego Cavia Carlos Thomas García. Lección 5. Otros ensayos mecánicos

Ensayo de Tracción y Dureza

2 Unidad CARACTERISTICAS

Base Teórica del Ensayo de Tracción

TEMA 1 (B). PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. ENSAYOS DE MEDIDA.

PROPIEDADES MECÁNICAS

TENSIONES. Definimos la tensión σ en la barra como el cociente entre la fuerza uniaxial media F y la sección transversal original So de la barra.

Tema 19 Modelo de Weibull para predecir la fractura de los materiales frágiles.

El diseño de un estructura. Tendra la suficiente rigidez para que las deformaciones no sean excesivas e inadmisibles?

FUNCIONES. Proporcionan flexibilidad y aíslan de choques y vibraciones Absorben, acumulan y liberan energía

Tema 11 Endurecimiento por deformación plástica en frío. Recuperación, Recristalización y Crecimiento del grano.

ENSAYOS ESTRUCTURA INTERNA DE LOS METALES ALEACIONES. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y SUPERFICIALES. OXIDACIÓN Y CORROSIÓN

TEMA 1: ENSAYOS Y MEDIDAS DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

PRACTICA No. 7 y 8 ENSAYO ESTATICO DE COMPRESIÓN

PENDULO CHARPY/IZOD. Mod.PI-30 CON SISTEMA DE ADQUISICION DE DATOS

1. MATERIALES Estructuras cristalinas

1. MATERIALES Estructuras cristalinas

POLIETILENO DE ALTA Y BAJA DENSIDAD

DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DIAGONAL Y DE LA RIGIDEZ A CORTANTE DE MURETES DE MAMPOSTERÍA DE BARRO Y DE CONCRETO

UNIDAD 1. ENSAYO Y MEDIDA DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES UNIDAD 3. MODIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS METALES

PROGRAMA Ingeniería Mecatrónica PLAN DE ESTUDIOS ACTA DE CONSEJO DE FACULTAD/DEPTO./CENTRO: 1. DATOS GENERALES CRÉDITOS ACADÉMICO S: 3 CÓDIGO:

ENSAYO DE TENSIÓN PARA MADERAS. Estudiar el comportamiento de la madera cuando está sometida a cargas axiales de tracción.

DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES DE USO INDUSTRIAL

CAUCHO - METODOS DE ENSAYO GENERALES 0 ESPECIFICACIONES A CONSULTAR ELASTOMEROS Y PLASTOMEROS. Método de ensayo de dureza Shore.

SISTEMAS MECÁNICOS Septiembre 2001

Tecnología Ensayos tecnológicos

Ensayo a tensión de un material

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES: PROGRAMA DE TECNOLOGÍA MECÁNICA UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA

NORMA DE DISTRIBUCIÓN NO-DIS-MA-9001 ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA. Jabalinas cilíndricas de acero-cobre

CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES. Grado en Ingeniería de Organización Industrial. Curso 2014/15 3ª RELACIÓN DE EJERCICIOS

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES

ENSAYOS DE DUREZA INTRODUCCIÓN

Mecánico de los materiales

TEMA 5: MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ ORGÁNICA:

Fatiga. Definición TEMA 5. 5 Fatiga estructural

Deformación técnica unitaria (in/in)

RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DE MORTEROS DE CEMENTO HIDRÁULICO MTC E

RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL CONCRETO MÉTODO DE LA VIGA SIMPLE CARGADA EN LOS TERCIOS DE LA LUZ I.N.V. E

ESTRUCTURAS DE LOS METALES

5. Propiedades Mecánicas de los Materiales

TEMA 2: PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. ENSAYOS DE MEDIDA

DISEÑO MECÁNICO (Ingeniería Industrial)

MATERIAS PRIMAS: Son los recursos naturales a partir de los que obtenemos los materiales que empleamos en la actividad técnica.

Caracterización de plásticos

1 Conceptos básicos. El ensayo de tracción y el comportamiento uniaxial de una barra, incluyendo acciones térmicas

[Trabajo práctico #2]

2011-2do Cuatrimestre Ensayo de dureza

ELEMENTOS AISLANTES DE MATERIAL PLASTICO PARA CIRCUITO DE VIA A ESPECIFICACIONES A CONSULTAR

Determinación de la resistencia a la flexión del concreto. Diciembre editado por el instituto mexicano del cemento y del concreto AC

TEMA 8: PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. ENSAYOS DE MEDIDA

2. Un ensayo de tracción lo realizamos con una probeta de 15 mm de diámetro y longitud inicial de 150 mm. Los resultados obtenidos han sido:

LABORATORIO DE MECÁNICA LEY DE HOOKE

Lección 19: Productos para estructuras

ÖH B LER ACEROS PARA MÁQUINAS : PROPIEDADES, TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y APLICACIONES PRÁCTICAS ACEROS BOEHLER DEL PERU S.A.

MATERIA: TÉCNOLOGIA FÍSICA-MECÁNICA. AÑO: 1ro.

EJERCICIOS SOBRE ENSAYOS. SELECTIVIDAD

1.1 NORMA EUROPEA UNE EN Tubos de acero no aleados adecuados para la soldadura y el roscado. Condiciones técnicas de suministro

República Bolivariana De Venezuela. Ministerio De Poder Popular Para La Educación Superior. Aldea Universitaria. Gran Mariscal De Ayacucho

LAS TRANSICIONES TÉRMICAS EN UN MATERIAL POLIMÉRICO ESTÁN ÍNTIMAMENTE LIGADAS A LA ESTRUCTURA

ME 405 SERIE ME-405. Máquinas para ensayos de tracción/compresión/flexión 0,1-50T.

Materiales de construcción

EXPANSIÓN POR HUMEDAD DE LAS PIEZAS CERÁMICAS

ɛ = ᶩ / ᶩ, de donde se deduce, teniendo en

Pruebas o ensayos del acero

CICLO SUPERIOR DE AUTOMOCION

TEMA: Materiales. Ensayos.

ENSAYO DE DUREZA 15/03/2012 ELABORÓ ING. EFRÉN GIRALDO T. 1

8. Ensayos con materiales

ThyssenKrupp Aceros y Servicios S.A.

Transcripción:

BLOQUE III.- CARACTERIZACIÓN Y PROPIEDADES Tema 7.- Ensayos * William F. Smith Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales. Tercera Edición. Ed. Mc-Graw Hill * James F. Shackerlford Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros. Cuarta edición. Ed. Prentice Hall (1998) 1

objetivos Conocerla importancia de la evaluación de las propiedades mecánicas Explicar y entender que es tensión-deformación Deformación elástica y plástica Coeficiente de Poisson Tensión de cizalladura Describir el ensayo de tracción Curva de tensión-deformación nominal o ingenieríl Curva de tensión-deformación real Describir el ensayo de compresión Conocer el ensayo a flexión Explicar el ensayo de cizalladura Explicar el ensayo de dureza 2

Ensayo de tracción uniaxial Los materiales, bajo esfuerzos de tracción o compresión, se deforman primero elásticamente (deformación recuperable) y luego plásticamente (deformación permanente) Probeta sometida a una fuerza de tensión uniaxial a velocidad constante Diagrama de tensión-deformación v=cte Resultado del ensayo Ensayo más utilizado: NORMALIZADO 3

Maquina de Tracción Evolución de las probetas rectangulares durante el ensayo de tracción (la zona central es la que soporta mayor deformación, y por esa zona romperá) 4

Geometría de las probetas: Normalizadas Rectangulares Muestra no tensionada Muestra tensionada Longitud entre marcas Cilíndricas Longitud calibrada 5

Curva tensión-deformación TENSIÓN NOMINAL (σ n ) Deformación ELÁSTICA Linealidad Deformación No permanente Zona Elástica Zona Plástica DEFORMACIÓN NOMINAL (ε n ) Deformación PLÁSTICA Al cesar la tensión sobre una probeta, la probeta experimenta una cambio permanente respecto a sus dimensiones originales. Los átomos son desplazados permanentemente de sus posiciones originales y toman nuevas posiciones La posibilidad de deformación plástica del acero posibilita que partes del automóvil (parachoques, cubiertas y puertas) se puedan troquelar mecánicamente sin romperse el metal 7

Parámetros: Curva tensión-deformación TENSIÓN NOMINAL (σ n ) DEFORMACIÓN NOMINAL (ε n ) Módulo de Young o Módulo de Elasticidad( E) Límite elástico (σ y ) a un 0.2% Resistencia máxima a la tracción Tensión de fractura Deformación plástica o ductilidad Resiliencia o Energía absorbida 8

Curva tensión-deformación Tensión/esfuerzo nominal (σn): σ n = F A 0 Unidades del S.I.: N/m 2 = Pa 1 N/mm 2 = 1 MPa Sistema anglosajón: psi = lb/pul 2 1 psi= 6,89 10 3 Pa Deformación nominal (ε): 1638: Galileo Galilei La carga de fractura de una barra en tensión es proporcional a A 0 e independiente de Lo ε = L/L 0 S.I.: m/m (adimensional) %ε = ( L/L 0 ) 100 9

Curva tensión-deformación TENSIÓN NOMINAL (σ n ) DEFORMACIÓN NOMINAL (ε n ) Zona Elástica Deformación elástica σ<σ y I) Zona Lineal σ = E ε Ley de Hooke E: Módulo de Elasticidad ó de Young: rigidez material o resistencia a la deformación elástica (no permanente) Al retirar carga/tensión pieza recupera forma original (No deformación permanente) 10

Deformación elástica: escala atómica E= f (fuerza de enlace) si Fuerza de enlace entre átomos E Mecanismo asociado a la def. Elástica= Relajación enlaces. E = F r r 0 En general: E cerámicos (cov. y/o ionic)>e metales (met) >E polímeros (secund entre cadenas) 11

Módulo de elasticidad 12

Curva Tensión-deformación: E: F(temperatura) Al aumentar la Temp debilitamiento de los enlaces ( rigidez estructura) del Mod. Young 13

Deformación elástica σ<σ y 2) No lineal: Se produce en algunos materiales (algunos polímeros, hormigón, fundición gris, etc ) σ 2 σ ε Módulo Tangente en σ 2 σ 1 σ ε Módulo Secante entre origen y σ 1 Deformación 14

Parámetros: curva tensión-deformación Límite elástico (σ y ) : σ a partir de la cual se produce deformación permanente ε deja de ser proporcional a σ Ruptura y formación de nuevos enlaces No recupera la forma inicial SHACKELFORD, J.F.:.: "Int. a la C. de Materiales para ingenieros", Prentice Hall, 4ª 4 Edición, Madrid, 1998 15

Curva tensión-deformación: Limite elástico (I) Límite elástico (σ y ) : σ a partir de la cual se produce deformación permanente para F 0 ε (perma nente) = ε [elast+plást] para F=0 ε (perma nente) = ε [plást]) Criterios de Cálculo del Límite Elástico (I) Dependiendo de la deformación del material se adoptan criterios: El + admitido en metálicos 0,2% de la ε elástica Límite Elástico Convencional SHACKELFORD, J.F.:.: "Int. a la C. de Materiales para ingenieros", Prentice Hall, 4ª 4 Edición, Madrid, 1998 16

Curva tensión-deformación: Limite elástico (I) Criterios de Cálculo del Límite Elástico (II) Fenómeno de discontinuidad en el punto de fluencia: (Ej: aceros, algunos polímeros, etc... σ y = σ max + σ min 2 17

Curva tensión-deformación: Zona plástica Resistencia a la tracción: máxima tensión nominal que soporta la probeta a tracción TENSIÓN NOMINAL (σ n ) Resistencia de rotura: tensión que soporta el material en el pto de rotura. DEFORMACIÓN NOMINAL (ε n ) 19

Curva tensión-deformación: Ductilidad Medida del grado de deformación plástica que puede ser soportada por un material antes de la rotura 1. Deformación porcentual total: aumento porcentual de la deformación que experimenta la probeta ε(%) = l f l - l 0 0 x 100 2. % Reducción área (estricción): A0 - A f AR(%) = x 100 A0 3. Área bajo la curva Tensión Frágil Dúctil Materiales que son frágiles presenten poca deformación plástica (Ej: cerámicas y vidrios) Deformación 22

Ductilidad -Temperatura Tensión (MPa) Mayor temperatura: mayor ductilidad Deformación 24

Curva tensión-deformación: Resiliencia Resiliencia.- Capacidad de un material de absorber E elástica cuando es deformado hasta alcanzar el limite elástico Área bajo la curva Modulo de resiliencia, Ur.- E deformación deformar un material hasta límite elástico. U r = ε 0 por unidad de V necesaria para y σ dε Integrando, si la región elástica es lineal 1 = σ y ε y 2 σ Materiales con Resiliencia: σ y E APLICACIÓN: diferentes aleaciones para fabricar muelles U ε r y = y E (Ley de U Hooke) r 1 σ y = 2 E 2 25

Curvas tensión-deformación verdaderas (II) Tensión real o verdadera (σ r ): F F A0 σ r = = = σ n A A0 A A0 A Como V = 0 se cumple que V= A o L o = cte =A intantáneo L instantáneo L σ r = σ n = σ n (1 + ε n ) L 0 (hasta comienzo estricción) Para ε pequeñas : ε r = ln (1 + ε n ) ε n σ r = σ n (1 + ε n ) σ n 27

Coeficiente de Poisson, υ Relación entre las deformaciones laterales y axiales Toda deformación elástica longitudinal dimensional Lateral x y z υ = ε ε lateral longitudinal = ε x ε z = ε y ε Materiales ideales: υ=0.5 Materiales reales: υ=0.2-0.4 z Conocer Comportamiento elástico: υ y E υ Caucho natural 0,39-0,49 Polímeros 0,3-0,45 Metales 0,25-0,4 28

Ensayo de Cizalladura A. Tensión de cizalladura (τ, en Pa): a τ = P A s s P s = carga aplicada A s = área de la muestra paralela a la dirección de aplicación de la carga h θ Deformación de cizalladura (γ): a γ = tg θ h = a: desplazamiento por cizalla h: distancia sobre la que actúa la cizalla Cizalla puramente elástica: τ = G γ G = Mód. De cizalladura o de rigidez o de Coulomb ( da idea de la rigidez) Existe una relación ente módulos: E = 2 G (1 + υ) υ: modulo de Poisson 29

Ensayo de Compresión Menos habitual que tracción Se emplea: Para conocer comportamiento de material bajo def. permanentes grandes Cuando material presenta comportamiento frágil a tracción. ( Ej: cerámicos y vidrios: No deformación plástica) Forma de realización: Similar a tracción (ahora F es compresiva) F compresión = - F tracción Carga de compresión contracción y deformación lineal negativa Carga de tracción alargamiento y deformación lineal positiva 30

Maquina de ensayo-probeta de compresión Tensión, σ (Mpa) resistentes a compresión Débiles a tracción Deformación, ε 31

Ensayo de flexión Evalúa el comportamiento esfuerzo-deformación y la resistencia a la flexión de materiales frágiles: Resistencia a flexión es equivalente al módulo de rotura de los cerámicos Adecuado: cerámicos, vidrios y polímeros Esquema del ensayo de flexión en tres puntos 34

Ensayo de Dureza (I) Resistencia superficial que presenta un material a la deformación plástica localizada. Dureza relacionada con resistencia a la tracción y límite elástico Se determina forzando con un penetrador sobre su superficie Medición de huella realizada con un penetrador Clasificación = f (carga y penetrador) Bola, pirámide o cono (material muy duro) A.- Ensayo Brinell (HBW) B.- Ensayo Rockwell (HR) C.- Ensayo Vickers (HV) D.- Ensayo de dureza superficial: Vickers y Rockwell E.- Ensayo de microdureza: Vickers. SHACKELFORD, J.F.: "Int. a la Ciencia de Materiales para ingenieros", Prentice Hall, 4ª Edición, Madrid, 1998 35

Resistencia a la abrasión 1. Escala de Mohs (1882) Aplicación en geología o mineralogía Cada material es rayado por los de escala superior Material Talco Yeso Caliza Fluorita Apatita Feldespato Cuarzo Topacio Safiro (corindón) Diamante Escala 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2.- Nuevos Durómetros especialmente diseñados para la determinación exacta/precisa de la dureza 36

37

Dureza en polímeros 38

A.- Dureza Brinell (HBW) Bola de acero duro/carburo de W (φ=10 mm) Se oprime contra la superficie del metal y se mide el diámetro de la impresión, generalmente de 2 a 6 mm) H = P S = P D π ( D D 2 2 2 D i P= Peso aplicado en kg S= Superficie del casquete esférico en mm 2 D= Diámetro de la bola en mm (de carburo de W) Di= Diámetro del casquete esférico. Factor de carga = P = carga de ensayo; D= Ø de bola Para espesores pequeños (chapones) D (5, 2.5, 1.25 y 0.625 mm) Diámetro Bola D mm 10 5 2,5 125 0,625 30 3000 750 187,5 46,9 11,7 15,6 3,91 Q = Factor de carga Q 10 1000 250 62,5 5 Cargas en kg 500 125 322 7,81 1,953 P 2 D = cte 2,5 250 62,5 15,6 3,91 0,977 39

Dureza Rockwell (HR) La dureza es función de la profundidad de penetración. Precarga: 10 Kg Carga: 65-150 Kg Penetradores: 1) bolas de acero templado ( Materiales blandos) 2) cono de diamante tallado con ángulo de 120º ( Materiales duros) Medida Se aplican 2 cargas sucesivas a un penetrador y se mide la profundidad de La huella, h. 40

Diferentes escalas en función de carga y penetrador. Ventajas Rapidez Ensayo para todo tipo de materiales. Gran precisión (± 0.002mm ± 1unidad) Pueden usarlo personas no cualificadas. Polímeros 41

Microdureza Vickers (HV) Penetrador: diamante tallado en forma de pirámide cuadrangular con 136º entre caras El valor de la dureza es función de la diagonal de la huella =f (área de la pirámide) HV30 ó HV15 ó HV10...(HVkgf) F= Fuerza en kgf [1-120]kg d = Media aritmética entre las diagonales d 1 y d 2 en mm. Tiempo= 10-15 s Medida: 345 HV30-25 ( HVkgf-s) 42

Dureza Vickers (HV) Ventajas Dureza Vickers Resultado Universal, el valor es indpte de la carga Con un único penetrador se mide una amplia gama de materiales Posibilidad de medir piezas delgadas ( 0.05mm de espesor) Se puede medir dureza superficial Más precisa que la escala Rockwell (1u. RocKwel = 32,5 u. Vickers) Precauciones para ensayo de dureza (en general) Superficie lisa y al eje de aplicación de carga Superficie pulida y limpia de óxidos, carburos, grasa,... Distancia al borde de pieza > 4 φ (Brinell o Rockwell) Espesor de la probeta > 2 φ (Brinell o Rockwell) > 1.5 veces la diagonal de huella (Vickers) 43

Escalas de dureza 46

47

Fluencia y Curvas de Fluencia 54

55