Propiedades Mecánicas y Imperfecciones en Materiales: Elástica y Inelástica, Apuntes de Ciencia de materiales

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PROPIEDADES

MECÁNICAS,

CONDICIONES DE

SERVICIO, TEORÍA

ELÁSTICA E INELÁSTICA

DE LOS MATERIALES

C I E N C I A S D E LO S M AT E R I A L E S

U N I V E R S I DA D S U RC O LO M B I A N A

IMPERFECCI

ONES EN

LOS

CRISTALES

Las imperfecciones

en los cristales se

presentan cuando:

Faltan átomos en los sistemas cristalinos

 Los átomos se encuentran en posiciones no

adecuadas

 Existen alteraciones en las distancias interatómicas

(por adición de impurezas)

 Hay defectos de colado

 Por defectos varios: arenas, polvos.

 Por excesos en el tratamiento de superficie

(cortado, pulido)

 Por defectos en los tratamientos térmicos

 Defectos ocasionados por aplicación de cargas de

tensión o cargas de compresión (dislocaciones)

Aunque la disposición de los iones en los

granos metálicos se describe como

regular y ordenada, en los materiales

metálicos reales la disposición no es

perfecta. La forma como están colocados

los átomos en un material real

normalmente difiere de la posición ideal

que se espera a partir de la estructura

cristalina. Esas diferencias pueden

explicarse planteando que el modelo de

arreglo atómico puede poseer

imperfecciones. Sin embargo, las

irregularidades de la disposición implican

solo una proporción extremadamente

pequeña de todos los iones presentes.

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS

MATERIALES

Las propiedades mecánicas de los materiales hacen referencia a cómo se comportan los

materiales cuando se les aplican cargas, fuerzas. Se determinan en un laboratorio.

• Tipos de Fuerzas:

1. De acuerdo a la forma de aplicación

Estáticas o constantes

Repetitivas (en ciclos)

De impacto o choque (aplicada una sola vez)

Carga estática

Carga repetitiva (alternante)

Tensión

Compresión

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS

MATERIALES

2. De acuerdo al área de aplicación

Uniforme

No uniforme

Concentradas

Uniforme Concentradas No Uniforme

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS

MATERIALES

 Pruebas de laboratorio: pueden ser Destructivas o No destructivas.

Con las pruebas Destructivas se determinan las propiedades mecánicas de los

materiales, bajo las siguientes condiciones:

1. T = 20 - 25 °C
2. La carga se aplica cuasiestáticamente (se aplica de manera incremental muy

lentamente)

3. El área es uniforme
4. Medio ambiente amigable (no corrosivo)

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS

MATERIALES

 Deformación Total: es la variación total de la dimensión en una dirección dada

(

 Deformación unitaria ():

GRÁFICA ESFUERZO VS

DEFORMACIÓN

Es la curva resultante graficada con los valores del esfuerzo y la correspondiente deformación

unitaria del material, calculada a partir de los datos de un ensayo de Tensión o Compresión.

𝜎

𝜀

Cálculo del esfuerzo de

cedencia

Para calcular el esfuerzo de cedencia, se debe

seguir los siguientes pasos:

• Realizar la gráfica esfuerzo vs deformación.
• Realizar aparte una gráfica de escala ampliada

de la zona elástica (con el fin de ubicar el 0.2%

de la deformación).

• Partiendo del 0.2%, trazar una línea paralela a

la línea recta formada por la gráfica (cuando se

describe un comportamiento lineal).

• La línea paralela, corta la gráfica y de ahí, ir al

eje y, y leer el valor del esfuerzo de cedencia.

0.002 𝜀

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS

MATERIALES

 Resiliencia: capacidad que tiene un material de absorber

energía en su zona elástica. Se calcula como el área bajo

la curva desde 0 hasta el límite elástico (en caso de no

conocerse el límite elástico, usar el límite proporcional).

 Tenacidad: capacidad máxima que tiene un material de

absorber energía. Tan pronto se supere este valor, el

material se rompe. Se calcula como el área bajo la curva

general.

Resiliencia

Límite elástico

Límite proporcional

Tenacidad

Límite elástico

Límite proporcional

Comparación curva Esfuerzo vs deformación unitaria nominal o

de ingeniería y la curva Esfuerzo vs deformación unitaria Real

EJERCICIO 1

Los siguientes datos corresponden a un acero al carbono trabajado en frío y son el resultado de

pruebas de Tensión.

𝑑

𝑜

=0,501 𝑖𝑛

𝑓

𝑙

𝑜

=2,000 𝑖𝑛

𝑓

Trazar la curva y determinar:

• Límite proporcional y
• Módulo de Young y Resiliencia
• Ductilidad
• Resistencia a la Rotura (aparente)
• Resistencia a la Rotura (real)
• Resistencia a la Tensión
• Tenacidad

EJERCICIO 2

Determinar la elongación total producida en la varilla, cuando se aplica una carga de tensión de

en un área transversal de.

Reemplazando los valores== 1.1* 9.6 cm

𝜎

𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖 ó 𝑛

= 𝐸 ∗ 𝜀

EJERCICIO 4

Una barra de bronce que tiene un área transversal de 10 está sometida a fuerzas axiales que se

representan en la figura.

Determinar la deformación total ocasionada en la barra y su longitud final.

0.0277 cm

0.0014cm

I

II

III

5000 Kgf

7500 Kgf

2000 Kgf

500 Kgf

50 cm

75 cm

100 cm

5000 7500-(2000+500)

I

II

(^25002500)

500

III

500

CONDICIONES DE

SERVICIO

Condiciones de prueba en laboratorio

 T = 20 – 25 °C

 Aplicación de carga: cuasiestáticamente

 Área uniforme

 Medio ambiente no corrosivo

Condiciones en servicio

 T 20°C

 Existe un índice de deformación (representa la

rapidez con la cual se deforma el material)

 Hay presencia de restricciones

 Presencia de esfuerzos fluctuantes

 El medio puede ser corrosivo