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Propiedades mecánicas, Apuntes de Ingeniería Química

Universidad Complutense de Madrid (UCM)Ingeniería Química

Prof. María Luisa Blázquez

Asignatura: Ciencia de los materiales, Profesor: Maria Luisa Blázquez, Carrera: Ingeniería Química, Universidad: UCM

Tipo: Apuntes

2013/2014

Subido el 15/01/2014

marinacc-4 🇪🇸

(1)

1 documento

1 / 62

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1.Conceptodetensiónydeformación

2.Diagramatensión‐deformación

3.Comportamientoelástico

4.Comportamientoplástico

5.Dureza

6.Ensayodefracturaporimpacto

7.Fatiga

8.Fluencia

TEMA6.Propiedadesmecánicasdelosmateriales

Dpto.CienciadeMaterialeseIngenieríaMetalúrgica.UCM

Prof.Mª

LuisaBlázquez

‐

¿Qué

tensionestienequesoportarunaestructura/componente?

→seleccionarelmaterialquecumpleesosrequerimientos

‐

¿Qué

resistenciaposeeunmaterial(oqué

cargapuedesoportarsinromperse)?

‐

¿Qué

deformaciónseproducirá

sileaplicaunacarga,siestá

sometidoaunatensión?

Descubre Apuntes de Ingeniería Química Universidad Complutense de Madrid (UCM)

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Propiedades Mecánicas de los Materiales

Introduccion a la ciencia de los materiales

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Introduccion Materiales

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DIAGRAMAS DE FASE

(1)

Propiedades mecánicas

trabajo propiedades mecanicas

(2)

Propiedades mecánicas

(1)

Propiedades mecanicas

propiedades mecanicas

(8)

propiedades mecanicas

Ejercicios resueltos propiedades mecanicas CM

(5)

Terminología de propiedades mecánicas

Vista previa parcial del texto

¡Descarga Propiedades mecánicas y más Apuntes en PDF de Ingeniería Química solo en Docsity!

Concepto

de

tensión

y

deformación

Diagrama

tensión

deformación

Comportamiento

elástico

Comportamiento

plástico

Dureza

Ensayo

de

fractura

por

impacto

Fatiga

Fluencia

TEMA

Propiedades

mecánicas

los

materiales

TEMA

Propiedades

mecánicas

los

materiales

Dpto.

Ciencia

Materiales

Ingeniería

Metalúrgica.

UCM

Prof.

Mª

Luisa

Blázquez

¿Qué

tensiones

tiene

que

soportar

una

estructura/componente?

seleccionar

el

material

que

cumple

esos

requerimientos

¿Qué

resistencia

posee

un

material

(o

qué

carga

puede

soportar

sin

romperse)?

¿Qué

deformación

se

producirá

si

le

aplica

una

carga,

si

está

sometido

a

una

tensión?

TEMA

Propiedades

mecánicas

los

materiales

TEMA

Propiedades

mecánicas

los

materiales

Dpto.

Ciencia

Materiales

Ingeniería

Metalúrgica.

UCM

Prof.

Mª

Luisa

Blázquez

El

COMPORTAMIENTO

MECÁNICO

de

un

material

refleja

la

relación

entre

la

fuerza

o

carga

aplicada

y

la

respuesta

del

material

la

deformación

que

experimenta

respuesta

del

material

depende

varios

factores:

naturaleza

carga:

estáticas

(no

cambian

con

tiempo)

dinámicas

duración

aplicación

carga:

instantánea,

durante

tiempo

magnitud

carga

temperatura

Del

medio

(aire,

líquido,

etc.)

Los

materiales

que

utilizan

para

construir

elementos

estructurales

están

sometidos

cargas

durante

puesta

servicio,

para

evitar

rotura

(fallo)

necesario

conocer:

capacidad

para

resistir

sin

romperse

sin

experimentar

deformaciones

permanentes

aptitud

para

soportar

deformación

plástica

determinados

procesos

fabricación

Las

propiedades

mecánicas

los

materiales

Los

ensayos

mecánicos

que

utilizan

para

determinarlas

(simulaciones

vida

servicio)

Formas

básicas

aplicación

carga

Formas

básicas

aplicación

carga

Tensiones

tracción:

por

aplicación

fuerzas,

perpendiculares

superficie,

que

actúan

sentido

opuesto

tienden

alargarlo

Tensiones

compresión:

por

aplicación

fuerzas,

perpendiculares

superficie,

que

actúan

sentido

opuesto

tienden

comprimirlo

Tensiones

cizalladura:

por

aplicación

par

fuerzas

paralelas

superficie

Torsión:

Tensión

producida

por

par

fuerzas

sobre

cuerpo

con

centro

rotación

Flexión:

Tensiones

tracción

compresión

que

producen

alargamiento

dirección

eje

longitudinal

muestra

F/Ao

(tensión

⊥

superficie

F/Ao

(tensión

superficie

Ao)

Dpto.

Ciencia

Materiales

Ingeniería

Metalúrgica.

UCM

Prof.

Mª

Luisa

Blázquez

Formas

básicas

aplicación

carga

Formas

básicas

aplicación

carga

Dpto.

Ciencia

Materiales

Ingeniería

Metalúrgica.

UCM

Prof.

Mª

Luisa

Blázquez

Tracción

Compresión

Flexión

Torsión

componente

puede

experimentar

varios

estados

tensión

diferentes

mismo

tiempo

Concepto de tensión y deformaciónConcepto de tensión y deformación

Dpto.

Ciencia

Materiales

Ingeniería

Metalúrgica.

UCM

Prof.

Mª

Luisa

Blázquez

Tensión

de

cizalladura

o

esfuerzo

cortante:

F/Ao

(paralela

F)

Deformación

por

cizalladura

x/l

tg

Unidades

de

tensión:

N/m

Pa

(Pascal)

Pa

es

una

unidad

muy

pequeña

Mpa

Pa

Gpa

Pa

La

deformación

es

adimensional

TEMA

Propiedades

mecánicas

los

materiales

TEMA

Propiedades

mecánicas

los

materiales

Dpto.

Ciencia

Materiales

Ingeniería

Metalúrgica.

UCM

Prof.

Mª

Luisa

Blázquez

Ensayo

tracción

Ensayo

tracción

Es

el

ensayo

más

común

para

evaluar

las

propiedades

mecánicas

Una

muestra

de

material

(probeta)

se

somete

a

una

fuerza

(carga)

de

tracción

uniaxial

a

velocidad

constante

hasta

que

rompe

(ensayo

destructivo)

Esquema

máquina

ensayo

tracción

F/Ao

(tensión

nominal)

l

/ lo

(deformación

nominal)

Ao

lo

usan

probetas

dimensiones

normalizadas

Para

poder

comparar

probetas

ensayadas

diferentes

máquinas

sin

que

los

valores

vean

influenciados

por

forma

geometría

probeta →

necesitaría

doble

carga

para

producir

mismo

alargamiento

área

probeta

duplicara

Para

efectos

prácticos,

menudo

conveniente

ignorar

cambio

continuo

área

que

produce

sección

transversal

tensión

deformación

refieren

sección

inicial

longitud

inicial

→

tensión

deformación

nominal

convencional

ingenieril)

Dpto.

Ciencia

Materiales

Ingeniería

Metalúrgica.

UCM

Prof.

Mª

Luisa

Blázquez

Diagrama

tensión

‐

deformación

Diagrama

tensión

‐

deformación

F/Ao

(tensión

nominal)

l

/lo

(deformación

nominal)

diagrama

característico

del

material

independiente

las

dimensiones

las

probetas

Diagrama

máquina

Diagrama

convencional

ensayo

tracción

permite

cuantificar

resistencia

del

material

una

carga

estática

aplicada

gradualmente

Resultado

del

ensayo

tracción

representación

gráfica

carga

frente

alargamiento

partir

este

gráfico

determina

diagrama

tensión

‐

deformación

parte

lineal

curva

tensión

‐

deformación

región

elástica

(línea

roja).

otra

parte

región

plástica

Diagrama

tensión

‐

deformación

Diagrama

tensión

‐

deformación

estricción

= F/Ao σ

L/Lo

Deformación elástica

Deformación plástica

Comienza

estricción

Fractura

Hasta

la

deformación

es

exclusivamente

elástica

(P)

Si

se

supera

la

deformación

en

la

probeta

es

permanente:

deformación

plástica

Entre

y

M

(TS)

la

deformación

plástica

es

uniforme

en

todo

el

cuerpo

de

la

probeta

En

M

comienza

la

formación

de

un

cuello

o

estricción

en

esa

zona

se

produce

la

rotura

y

Dpto.

Ciencia

Materiales

Ingeniería

Metalúrgica.

UCM

Prof.

Mª

Luisa

Blázquez

Alargamiento

(L

L

Reducción

sección

(A

A

/A

y

límite

elástico

TS

(tensile

strength)

m,

Rm

resistencia

tracción

Diagrama

tensión

‐

deformación

Diagrama

tensión

‐

deformación

real

F/A

(instantánea)

nominal

F/A

< A

real

(nominal)

(Ingenieril)

práctica

muy

difícil

que

máquina

proporcione

valor

tensión

real

que

está

sometida

probeta

pues

habría

que

medir

simultáneamente

F

(sencillo)

área

(Ai)

que

tiene

cada

momento

probeta

(complicado).

Durante

ensayo

mide

F

divide

por

sección

inicial

tensión

convencional

nominal

tensión

real

, s

refiere

sección

instantánea,

puesto

que

sección

cambiando

durante

ensayo

Como

V =

cumple

que

V=

×

cte

=Ai

×

ln

Comportamiento

elástico

Comportamiento

elástico

En

la

zona

de

comportamiento

elástico

parámetros

o

propiedades

importantes:

E

Módulo

de

elasticidad

Límite

elástico

(yield

strength)

deformación

permanente

retirar

carga

material

recupera

longitud

original

Existe

una

relación

lineal

entre

tensión

aplicada

deformación

que

experimenta

material

cumple

LEY

DE

HOOKE

deformación

producida

material

proporcional

tensión

que

está

sometido,

siendo

constante

proporcionalidad

módulo

elasticidad

Ley

de

Hooke:

E

E=

Módulo

elasticidad

(módulo

Young

rigidez)

E

pendiente

zona

comportamiento

elástico

(zona

lineal)

curva

E

tg

Dpto.

Ciencia

Materiales

Ingeniería

Metalúrgica.

UCM

Prof.

Mª

Luisa

Blázquez

Módulo

de

elasticidad

Módulo

de

elasticidad

cerámico

W

(BCC)

Acero

Al

(FCC)

Polímero

termoplástico

Representación

esquemática

del

módulo

de

elasticidad

de

diferentes

materiales

Dpto.

Ciencia

Materiales

Ingeniería

Metalúrgica.

UCM

Prof.

Mª

Luisa

Blázquez

E

alto:

rígido

→

mayor

pendiente

E

bajo:

rígido,

flexible

menor

pendiente

Módulo

de

elasticidad

Módulo

de

elasticidad

E

disminuye

aumentar

temperatura

debilitamiento

los

enlaces

rigidez

estructura)

Dpto.

Ciencia

Materiales

Ingeniería

Metalúrgica.

UCM

Prof.

Mª

Luisa

Blázquez

Madera

Hormigón

Acero

materiales

con

zona

elástica

lineal

(algunos

polímeros,

hormigón,

madera,

fundición

gris…)

E

determina

mediante

dos

métodos:



Módulo

secante:

pendiente

recta

secante

entre

origen

valor

especificado

tensión

(

)



Módulo

tangente:

pendiente

recta

tangente

para

valor

determinado

tensión

(

)

Criterios

adoptados

para

el

cálculo

del

límite

elástico

Criterios

adoptados

para

el

cálculo

del

límite

elástico

0,2%

Dpto.

Ciencia

Materiales

Ingeniería

Metalúrgica.

UCM

Prof.

Mª

Luisa

Blázquez

0,2%

determina

curva

tracción

trazando

una

línea

paralela

zona

elástica

para

una

deformación

→

materiales

con

transición

elastoplástica

muy

definida

→ σ

valor

promedio

tensión

asociada

límite

inferior

(aceros,

algunos

polímeros)

muchos

materiales,

transición

zona

elástica

plástica

gradual,

hay

punto

definido

curva

tensión

‐

deformación

que

indique

donde

comienza

deformación

plástica

→

estos

casos

determina

límite

elástico

convencional

→ σ

0,2%

0,1%

tensión

que

produce

una

deformación

plástica

determinada

(0,2%

ó 0,1%)

0,2%

determina

gráfico

σ‐ε

(obtenido

del

ensayo

tracción)

trazando

una

línea

paralela

zona

elástica

para

valor

deformación

del

0,2%

→

Límite

elástico

Límite

elástico

Dpto.

Ciencia

Materiales

Ingeniería

Metalúrgica.

UCM

Prof.

Mª

Luisa

Blázquez