Clase 1ingeniera de Materiales 2014-1

*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAAREA DE TECNOLOGIA DE LA PRODUCCIONFACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMASINGENIERIA DE MATERIALES

DOCENTE:ING. ALFREDO ROLANDOAGERO MAURICIOE-MAIL : [email protected] [email protected]

2014-1

INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO

INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO *INTRODUCCION:

Todos los ingenieros mecnicos civiles, electricistas o Industriales, estn ntimamente ligados con los materiales que disponen.Consideremos por un momento, la variedad de materiales que se usan en la construccin de un automvil.Entonces en que nos basaremos al seleccionar el material para un uso particular?Ejemplos: El acero de un pin de transmisin; los parachoques, la instalacin elctricaLa ingeniera de los materiales, ha tenido y tiene muchos y rpidos cambios, las presentaciones y descripciones empricas de materiales y sus propiedades fueron reemplazadas por introducciones y anlisis mas sistemticos, se estaba desarrollando una ciencia de los materiales basada en la fsica y qumica de las estructuras internas de los mismos.Por lo tanto debemos mantenernos informados en cuanto a los nuevos desarrollos, tener una base bastante firmes en cuanto a los principios que gobiernan las propiedades de todos los materiales


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES La caracterizacin de materiales se refiere al establecimiento de las caractersticas de un material determinado a partir del estudio de sus propiedades fsicas, qumicas, estructurales, etc.Existen para ello distintas tcnicas de caracterizacin, de acuerdo al inters que despierte dicho material. Una vez conocidas las caractersticas del material puede establecerse la naturaleza del mismo, as como sus posibles aplicaciones. Un ejemplo de ello es la caracterizacin de materiales semiconductores, lo cual es vital para establecer el uso posterior que puede drsele a los mismos. Otra aplicacin muy til es en el anlisis de cargas trmicas, que forma parte del proceso de diseo de instalaciones de Aire Acondicionado, en el cual se toman en cuenta las propiedades trmicas de los materiales, tales como: Coeficiente de conductividad (ndice K), Transmitancia (Valor U), Resistencia e Inercia trmicas


INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO * 1.2 PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS :La primera propiedad que nos ocurre en relacin con las grandes estructuras como puentes o edificios es la RESISTENCIA

Las habilidades del material para soportar esfuerzos mecnicos , como : la ELASTICIDAD, DUCTILIDAD, DUREZA Y TENACIDADMateriales que cambian de forma bajo una carga, sin subsistir ninguna deformacin al eliminarse aquella.

Cuando se necesita un aislante, el esfuerzo a la ruptura y la resistencia al impacto son tan importantes como las propiedades aislantes, asimismo la resistencia a los efectos del calor, frio, humedad y condiciones atmosfericas.

Debemos definir algunos de los trminos de uso mas comn en ingeniera.:::


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO ESFUERZO. Es la fuerza por unidad de seccin y se expresa en kilogramos por centmetro cuadrado, y se calcula simplemente dividiendo la fuerza total entre el reaDUCTILIDAD: Es la propiedad que permite que un material sea deformado hasta una longitud considerable sin que se rompa. Los materiales seleccionados para hacer alambre deben ser naturalmente, bastante ductil.ELASTICIDAD: Es la habilidad que tiene un material que ha sido deformado de alguna manera para regresar a su estado y tamao original, cuando cesa la accin que ha producido la deformacin. Cuando el material se deforma permanentemente, de tal manera que no pueda regresar a su estado original, se dice que ha pasado su limite elsticoDUREZA: Es la propiedad de resistir el desgaste corte.MALEABILIDAD : Es la propiedad que permite que un material se deforme mediante martilleo, rolado prensado, sin romperse. La Maleabilidad se aumenta normalmente cuando el metal est caliente


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO PLASTICIDAD:Es la habilidad de un material para adoptar nuevas formas bajo presin y retener esa nueva forma. Ejemplo el proceso de extrusin: produccin de perfiles metlicos y plsticos en una sola operacin.TENACIDAD: Es la propiedad de resistencia a la ruptura por un esfuerzo a la tension . Es de gran importancia para los diseadores, se expresa en lbs-fuerza tn-fuerza por pulgadas cuadradas.RESILIENCIA : Es la propiedad de resistencia a la ruptura por carga de golpes repetitivos , tales como martillazos, usulmente se encuentran en materiales que conbinan alta tenacidad con buena ductilidad. El calentamiento normalmente debilita la resiliencia.FRAGILIDAD: pEs lo opuesto a la dureza. Los materiales frgiles se fracturan por golpes, pero pueden resistir presiones constantes. Esta propiedad es algunas veces llamada fragilidad en frio fragilidad en caliente. Dependiendo de las condiciones, un material frgil a temperatura normal, se dice que es quebradizo


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO ALARGAMIENTO: Es la deformacin de un material, normalmente se expresa como: Centmetros de deformacin por cada centmetro de longitud original, tambin como : el porcentaje de la longitud original, el alargamiento puede ser Elstico y/o Plstico.

ALARGAMIENTO ELASTICO: Es el que ocurre durante la aplicacin del esfuerzo, o sea que desaparece al suprimirse ste.MODULO DE ELASTICIDAD: ( MODULO DE Young): Es la relacin entre el esfuerzo que se aplica y la deformacin elstica que resulta Tiene cierta relacin con la RIGIDEZ y se expresa, para esfuerzo de tensin o compresin, en Kg./cm2; el valor verdadero del Modulo se determina principalmente por el material, y se relaciona solo indirectamente con otras propiedades mecnicas.

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*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO DEFORMACION PLASTICA : Es la que se da permanentemente a un material por un esfuerzo que excede el limite elstico.

DUCTILIDAD: Es la cantidad de deformacin plstica en el punto de ruptura y su valor podr expresarse como elongacin o alargamiento en las mismas unidades.

REDUCCION DE AREA: Tambin es una medida de la ductibilidad, en el punto de ruptura ( restriccin), Los materiales sumamente dctiles presentaran una gran reduccin de seccin transversal antes de fallar. Este ndice se expresa siempre en porcentaje, como sigue:Reduccin de rea = original rea final / rea original.


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Capacidades: 600 y 1000 kN.-Variable de control: Fuerza.-Marco de ensayo de 2 columnas (4 en la versin de 1000 kN)-Tipo de ensayo: traccin.-Pistn de carga de simple efecto con retorno hidrulico.-Carrera del pistn: 300 mm.-Sistema de medida de fuerza mediante clula de carga.-Mordazas de traccin de accionamiento neumtico.-Luz entre mordazas de amarre 500 mm.-Sistema de aproximacin de la mordaza inferior mediante husillo de accionamiento elctrico.-Luz entre columnas 300 mm.-Lectura de desplazamiento mediante transductor con movimiento solidario al pistn de carga ENSAYO DE TRACCION


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Ensayos mecnicos: traccin.Diagrama tipo de esfuerzos y deformaciones


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Zona de proporcionalidad (OA): Se cumple la ley de Hooke, es decir, = E., donde E es el mdulo de elasticidad (E=tg). Podemos definir: Lmite real de elasticidad (E): Mayor esfuerzo que, al dejar de actuar, no produce ninguna deformacin permanente. Lmite de proporcionalidad (P): Esfuerzo por encima del cual las deformaciones dejan de ser proporcionales a los esfuerzos aplicados.

Informacin que se obtiene. El valor de E est relacionado con la naturaleza de los enlaces interatmicos (E=f(Tf/V2)): Los materiales con E elevado se utilizan cuando se precisa una gran rigidez (poca deformacin bajo cargas). Los materiales con E bajo se utilizan cuando se precisa absorber trabajos de choque (elevada deformacin antes de rotura).


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Zona de deformaciones permanentes (AF): Al cesar el esfuerzo la probeta no recupera la longitud inicial. Por encima de B el material se comporta de forma plstica (conserva la deformacin permanente) y comienza la fluencia (el material se alarga aunque no aumente el esfuerzo o disminuya). Podemos definir: Lmite de fluencia o lmite elstico aparente (F): Esfuerzo a partir del cual las deformaciones se hacen permanentes.

Informacin que se obtiene. El valor de F depende de la composicin qumica del material y del tratamiento trmico al que se haya sometido: Aumenta con el contenido en carbono. Aumenta con el temple y disminuye con el revenido y recocido.


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Zona de estriccin y rotura (FH): Se produce una disminucin importante de la seccin (estriccin). Al aumentar la estriccin el esfuerzo disminuye. Podemos definir: Esfuerzo de rotura (R): Esfuerzo mximo que soporta la probeta. Esfuerzo ltimo (v): Esfuerzo en el momento de la rotura. Alargamiento de rotura: =((lv-lo)/lo)x100. Estriccin de rotura: =((So-Sv)/So)x100.

Informacin que se obtiene.El valor de R depende de los mismos factores que F: Cuanto mayor es la diferencia entre R y F mejor soporta el material las deformaciones plsticas sin romperse. La diferencia es mxima con el recocido y mnima con el temple.Los valores de y varan en sentido opuesto a R y F.


DUREZA EN LOS METALESLa resistencia de un material a la deformacin se ensaya mejor por medio de la identacin, la probeta debe ser lo suficientemente grande para mantener la deformacin localizada de manera que el identador empuje el material desplazado alrededor de la identacin PERO NO DEFOME TODO EL ESPESOR DE LA PROBETA. Una gran ventaja es que una identacin local relativamente pequea puede ser permisible aun en una pieza ya completa , as no hay necesidad de destruir la pate para obtener una lectura.Los ensayos estn estandarizados, as como la geometra y dimensiones del indentador, la magnitud de la carga aplicada y la velocidad de la aplicacin de la carga*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO


DurezaLa resistencia a ser rayado. Existe una escala donde se clasifican los materiales segn su dureza*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO


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TenacidadLa resistencia a ser deformado elsticamente. Un material se deforma elsticamente cuando tras la deformacin es capaz de recuperar su forma inicial.

Si tras el esfuerzo la forma inicial no se recupera hablamos de deformacin plstica

*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Esfuerzo


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Ensayo de dureza superficial El ltimo ensayo rutinario es el de Dureza Superficial, que es la resistencia de un material a ser marcado por otro. Se prefiere el uso de materiales duros cuando stos deben resistir el roce con otros elementos. Es el caso de las herramientas de construccin (palas, carretillas, pisos, tolvas). El ensayo es realizado con indentadores en forma de esferas, pirmides o conos. Estos elementos se cargan contra el material y se procede a medir el tamao de la huella que dejan. Es un ensayo fcil y no destructivo; puede realizarse en cualquier sitio, ya que existen durmetros fcilmente transportables. Una de las ventajas del ensayo de dureza es que los valores entregados pueden usarse para hacer una estimacin de la resistencia a la traccin. La dureza superficial puede aumentarse aadiendo al material una capa de carbono, en un tratamiento trmico denominado cementacin. La clasificacin y los mtodos varan con cada material, dando origen a los nmeros de dureza:HBN (Hardness Brinell Number)HRA, HRB, HRC, ... (Hardness Rockwell series A, B, C, ...)HVN (Hardness Vickers Number)entre otros


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Concepto de dureza Diferentes conceptos asociados con el comportamientode la superficie de los cuerpos. Tipos: ->por rayado->por penetracin->por rebote Por penetracin: diferentes indentadores. Definiciones ms comunes: dureza Brinell dureza Meyer dureza Vickers Condiciones generales del ensayo Ensayo de dureza Rockwell Ensayos de microdureza


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO ENSAYOS DE DUREZA NUMERO DE DUREZA BRINELL ( BHN ) ESTE ENSAYO SE UTILIZA EN MATERIALES DE DUREZAS BAJAS. UTILIZA PENETRADORES EN FORMA DE BOLAS DE DIFERENTES DIMETROS; ESTOS PUEDEN SER DE ACERO TEMPLADO O DE CARBURO DE TUNGSTENO. UTILIZA CARGAS NORMALMENTE HASTA 3000 KILOGRAMOS, LAS CUALES SE PUEDEN NORMALIZAR DE ACUERDO CON LA SIGUIENTE FORMULA: P = KD DONDE: P: CARGA A UTILIZAR. K: REPRESENTA UNA CONSTANTE QUE VALE 5, 10 O 30 DEPENDIENDO DEL MATERIAL QUE ESTE SIENDO ENSAYADO. D: DIMETRO DEL INDENTADOR QUE SE VA A UTILIZAR EN LA PRUEBA. AUNQUE EXISTEN ALGUNAS MAQUINAS DE ENSAYO DE BRINELL QUE DAN UNA LECTURA DIRECTA, NORMALMENTE, PARA DETERMINAR EL NUMERO DE DUREZA, SE UTILIZA LA SIGUIENTE FORMULA


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Ensayo BRINELL.Indentador: Esfera de 10mm de acero o carburo de tungsteno.Carga = PFrmula: HBN =


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO HBN= 2P /P D ( D-(D -D)) DONDE :P: CARGA UTILIZADA. D: REPRESENTA EL DIMETRO DEL INDENTADOR. D: REPRESENTA EL DIMETRO DE LA HUELLA. LA CARGA SE APLICA DURANTE 30 SEGUNDOS Y LUEGO SE RETIRA. INMEDIATAMENTE SE LEE EN MILMETROS EL DIMETRO DE LA IMPRESIN. ES VALIDO ANOTAR QUE LAS CARGAS MAS LIVIANAS CORRESPONDEN A MATERIALES NO FERROSOS Y PUROS, TALES COMO COBRE Y ALUMINIO; LAS CARGAS MAS PESADAS SE UTILIZARAN PARA EL HIERRO, ACERO Y ALEACIONES DURAS.


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SE APLICA A MATERIALES MAS DUROS QUE LA ESCALA BRINELL. EN ESTE ENSAYO SE USAN PENETRADORES DE CARBURO DE TUNGSTENO COMO BOLAS DE 1/16 DE PULGADA, 1/8, Y DE PULGADA, ESTE ULTIMO PARA MATERIALES MAS BLANDOS Y EN CONO DE DIAMANTE CUYO NGULO EN LA BASE ES DE 120. ENSAYO ROCKEWELL B. DISEADO PARA MATERIALES DE DUREZA INTERMEDIA COMO ACEROS DE MEDIO Y BAJO CARBONO. SU INDENTADOR ES LA BOLA DE 1/16 DE PULGADA, CUYA CARGA ES DE 100 KILOGRAMOS. SU ESCALA VA DE 40 A 100 RB.


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO ENSAYO ROCKEWELL C. Se emplea en materiales mas duros que 100 rb. el funcionamiento de este ensayo es como sigue: el observador primero acciona una palanca que presiona el cono de diamante a una pequea distancia establecida dentro de la probeta. esto se conoce como la "precarga"(10 kg|). en seguida, se deja actuar la carga rc normalizada de 150 kilogramos, que presiona aun mas el diamante dentro de la probeta. Luego con la misma palanca se quita la carga. en este momento se lee la dureza Rc en la escala y luego, se descarga la palanca. el principio de este ensayo, esta en que a travs de un sistema de palancas se registra en la escala la profundidad de penetracin entre la precarga y la carga de 150 kilogramos y se lee directamente en Rc.


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Ensayo ROCKWELL A, C, D Indentador: Cono de diamante (HRA, HRC, HRD)Carga: PA = 60 Kg PC = 150 Kg PD = 100 Kg

Formula: HRA, HRC, HRD = 100 - 500t


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Ensayo ROCKWELL B, F, G, E Indentador: Esfera de acero f = 1/16 (HRB, HRF, HRG) Esfera de acero f = 1/8 (HRE) Carga: PB = 100 Kg PF = 60 Kg PG = 150 Kg PE = 100 Kg Formula: HRB, HRF, HRG, HRE = 130 - 500t


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Dureza de Rockwell.

La impresin se produce mediante un penetrador de diamante en forma cnica.

ho10 kg150 kgh10 kg


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO ENSAYO VICKERS LLAMADO EL ENSAYO UNIVERSAL. SUS CARGAS VAN DE 5 A 125 KILOGRAMOS (DE CINCO EN CINCO). SU PENETRADOR ES PIRMIDE DE DIAMANTE CON UN NGULO BASE DE 136. SE EMPLEA VICKERS PARA LAMINAS TAN DELGADAS COMO 0.006 PULGADAS Y NO SE LEE DIRECTAMENTE EN LA MAQUINA. PARA DETERMINAR EL NUMERO DE DUREZA SE APLICA LA SIGUIENTE FORMULA: HV= 1.854*P / D2


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Ensayo VICKERS

Indentador: Pirmide de diamante

Carga = P

Frmula: HVN = 1,72


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO ESTE ENSAYO CONSTITUYE UNA MEJORA AL ENSAYO DE BRINELL. SE PRESIONA EL INDENTADOR CONTRA UNA PROBETA,BAJO CARGAS MAS LIVIANAS QUE LAS UTILIZADAS EN EL ENSAYO BRINELL. SE MIDEN LAS DIAGONALES DE LA IMPRESIN CUADRADA Y SE HALLA EL PROMEDIO PARA APLICAR LA FORMULA ANTES MENCIONADA.


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO ENSAYOS DE DUREZAEs el ensayo ms comn y ms frecuentemente realizado. Mide la resistencia del material de caucho a la penetracin de una bola o una punta. No existe ninguna relacin entre dureza y otras propiedades mecnicas como ocurre normalmente con los aceros . Ms duro no quiere decir, por ejemplo, mayor resistencia a la traccin. Como ya sabemos, materiales con la misma dureza pueden ser completamente distintos. Sin embargo este ensayo es muy utilizado por la facilidad de ser realizado con aparatos muy sencillos y porttiles. Debe tomarse como un control de la uniformidad de la produccin, en el sentido de que todas las unidades de un determinado pedido deben tener aproximadamente la misma dureza y tambin en todos los lotes sucesivos. Existen aparatos porttiles de resorte y aparatos con carga muerta ms precisos. La ISO 48 normaliza el ensayo de Dureza Internacional IRHD (International Rubber Hardness Degrees), con una escala desde 0 (infinitamente blando) hasta 100 (infinitamente duro). El espesor de la probeta influye grandemente en el resultado y es necesario un espesor mnimo de 4 mm, pero preferiblemente 8 mm. La versin a menor escala, llamada microdureza permite tomar durezas en espesores tan bajos como 1,5 mm. Existe una relacin matemtica entre el Modulo de Young y la dureza IRHD, aunque por falta de precisin, no es aconsejable utilizar la medida de la dureza para el clculo del mdulo.


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Para la medicin de la dureza Shore se utilizan varias escalas: Shore A, B, C, D, 0 y 00. La escala Shore A es la ms conveniente para medir la dureza de los cauchos blandos, hasta 90 grados, mientras que la escala Shore D se usa para la medicin de dureza de cauchos ms duros que 90 grados Shore A. Aproximadamente 40 grados Shore D corresponden a 90 Shore A. En todas las escalas se fabrican durmetros digitales y anlogos, as como porttiles y demesa, siendo estos ltimos ms precisos. En los durmetros porttiles la influencia del operario que mide, unida a la variabilidad de un instrumento a otro, aunque ambos se encuentren calibrados es muy alta. En Shore A, por ejemplo, es necesario admitir una variacin de +-5 puntos. Los ingenieros sobrevaloran en general el valor del ensayo de dureza, tal vez por ser el nico control que pueden realizar a los artculos de caucho que compran y con frecuencia especifican rangos de dureza demasiado estrechos e innecesarios. En los cuadros adjuntos podemos ver los estndares admitidos por la Asociacin de Manufactureros de Rodillos de Caucho de los EE.UU. como buena prctica en la medicin de la dureza. La escala de dureza Pusey-Jones (P&J) es usada casi nicamente en la industria de recubrimiento de rodillos, especialmente de rodillos papeleros. Su escala va de 0 a 300, siendo 300 el valor ms blando.


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Una correspondencia aproximada entre varias escalas de dureza puede verse en el cuadro adjunto. Fig . 6 Durmetro Shore A digital porttil Fig. 7 Durmetro Shore A anlogo porttil Fig.8: Durmetro Shore A anlogo de mesa Fig.9: Durmetro Pusey-Jones (P&J)


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Ensayos fsicos: ensayos con ultrasonidos.Consisten en en detectar defectos internos basndose en la reflexin de las ondas sonoras al atravesar medios de diferente densidad.TransmisinReflexinEmisorReceptorPiezaDefectoEmisorReceptorPiezaDefectoII


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Ensayos fsicos: ensayos con rayos X.Consisten en en detectar defectos internos basndose en la absorcin de rayos X.IoIoIIPiezaDefecto


*INGENIERIA DE MATERIALES UNI- FIIS ING. AGUERO Ensayos mecnicos: tensiones mltiples.Ensayos por choque: mtodo de Charpy.Consiste en romper mediante un solo golpe, con un pndulo, una probeta entallada midindose la resiliencia, , que es la relacin entre el trabajo absorbido en la rotura (en julios) y la seccin de rotura (en m2).


Date post:	28-Sep-2015
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