11 Ciencia Materiales 10Junio2015

14-jun-15 Ciencia de los Materiales 7 Mayo 2015 - Agosto 2015 1

SEMESTRE ABRIL 2015 AGOSTO 2015 10 Junio 2015 MATERIA: CIENCIA DE LOS MATERIALES CODIGO MATERIA: CURSO: 8avo Ingenieria Ambiental Aula: PROFESOR: Ing. Qco. Walberto Gallegos. MBA EMAIL: [email protected] TELEFONO: 0987922521 o 2483164


1er Grupo


1er Grupo Martes 30 14 a 16 Hrs Coordinado con Ing. Katty C. 2do Grupo Jueves 02 16 a 18 Hrs.

Ciencia de los Materiales 7 Mayo 2015 - Agosto 2015

Examen Segundo Parcial ser en Moodle

Fin de semana 13 o 14 de Junio del 2015

1era Opcion: 14 de Junio a las 17 horas

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ENSAYO DE TERMOFLUENCIA Si se aplica un esfuerzo a un material que est a una temperatura elevada, ste puede estirarse y finalmente fallar, aun cuando el esfuerzo aplicado sea menor que el del esfuerzo de cedencia a dicha temperatura. La deformacin plstica a alta temperatura se conoce como termofluencia. Para determinar el comportamiento de un material , se utiliza el ensayo de termofluencia, en el cual se aplica un esfuerzo constante a una probeta calentada a alta temperatura. En cuanto se aplica el esfuerzo, la probeta se deforma elsticamente una pequea cantidad o ver figura que depende del esfuerzo aplicado y del modulo de elasticidad del material del material a esa temperatura.

Curva tpica de termofluencia mostrando la deformacin producidad en funcin del tiempo para un esfuerzo y una temperatura constante (6-22)


Ascenso de las dislocaciones La altas temperaturas permiten que las dislocaciones en el interior de un metal asciendan. En este caso, los tomos se mueven uno a uno y otro lado de la lnea de dislocacin debido al fenmeno de la difusin, haciendo que la dislocacin se mueva en direccin perpendicular y no paralela al plano de deslizamiento, ver figura a) Las dislocaciones pueden ascender y alejarse de los obstculos, cuando los tomos se apartan de la lnea de dislocacin para crear intersticios o para llenar vacantes. b) O cuando los tomos se fijan a la lnea de dislocacin creando vacancias o eliminando intersticios.


La dislocacin se escapa entonces de las imperfecciones de red, continuando su deslizamiento y causando una deformacin adicional de la pieza, incluso ante bajos esfuerzos aplicados. TERMOFLUENCIA Y TIEMPO DE RUPTURA Durante el ensayo de termofluencia, la deformacin o elongacin se mide en funcin del tiempo y se grafica a fin de obtener la curva de termofluencia ver figura 6-22 En la primera etapa de temofluencia de los metales, muchas dislocaciones ascienden venciendo obstculos, se deslizan y contribuyen a la deformacin. Finalmente, la rapidez a la cual las dislocaciones esquivan obstculos es igual a la velocidad a la cual las dislocaciones son bloqueadas por otras imperfecciones. Esto lleva a una segunda etapa, de termofluencia en estado estable. La pendiente de la porcin estable de la curva de termofluencia es la rapidez de termofluencia 6 - 24


Finalmente durante la tercera etapa de la termofluencia empieza el encuellamiento, el esfuerzo se incrementa y la muestra se deforma a una rapidez acelerada, hasta que ocurra la falla. El tiempo que se requiere para que esto ocurra es el tiempo de ruptura. Un esfuerzo mas alto o una temperatura mayor reducen el tiempo de ruptura, incrementando la rapidez de termofluencia (fig 6-24)

Efecto de la temperatura o del esfuerzo aplicado sobre la curva de termofluencia.


La influencia combinada del esfuerzo aplicado y de la temperatura sobre la rapidez de termofluencia y sobre el tiempo de ruptura (tr) sigue una relacin de Arrhenius 6-24 6-26 R = constante de los gases T = Temperatura en grados Kelvin C, K, n y m = son constantes del material. Qc = es la energa de activacin para la termofluencia, y Q, es la energa de activacin para la ruptura. En particular Qc esta relacionado con la energa de activacin de auto difusin, cuando es importante el mecanismo de ascenso de las dislocaciones.


En los materiales cermicos cristalinos, son de particular importancia otros factores , como el deslizamiento de bordes de grano y la nucleacin de microgrietas A menudo, en los bordes de grano est presente un material cristalino, es decir vtreo; la energa de activacin que se requiere para que se deforme el vidrio es baja, lo que lleva a una gran rapidez de termofluencia en comparacin con materiales cermicos totalmente cristalinos. Por la misma razn, la temofluencia ocurre a gran rapidez en vidrios cermicos y en polmeros amorfos.


USO DE LOS DATOS DE TERMOFLUENCIA Las curvas esfuerzo ruptura que se muestran en la siguiente fig 6-25 Resultados de una serie de ensayos de termofluencia a) Curvas de esfuerzo-tiempo de ruptura para una aleacin de hierro-cromo-niquel b) Parmetro de Larson-Miller para hierro fundido dctil


a) Permite estimar la vida esperada de un componente para una combinacin esfuerzo y temperatura particular.

b) El parmetro de Larson Miller, que se ilustra en la figura, es el usado para condensar la relacin esfuerzo temperatura tiempo de ruptura en una sola curva.

El parmetro de Larson Miller (L.M.) es 6 - 27 T = en grados Kelvin t = es el tiempo en horas A y B son constantes que dependen del material.


EJEMPLO 6 -11 Diseo de un eslabon para cadena. Disee una cadena de hierro fundido til como el de la figura, para operar en un horno para ladrillo cermicos. El horno tiene que operar sin ruptura durante 5 aos a 600 oC, con una carga aplicada de 5000 lb.


RESUMEN El comportamiento mecnico de los materiales se describe a travs de sus propiedades mecnicas. Que son resultado de ensayos simples e idealizados. Estos ensayos estn diseados para representar distintos tipos de condiciones de carga. Las propiedades de una material que aparecen reportadas en diversos manuales, son los resultados de estas pruebas. En consecuencia, se debe recordar siempre que los valores de los manuales son valores promedio, obtenidos a partir de pruebas ideales y por tanto, debern ser utilizados con cierta precaucin.


El ensayo de tensin describe la resistencia de un material a un esfuerzo aplicado lentamente. Entre las propiedades importantes estn el esfuerzo de cedencia (el esfuerzo al cual el material empieza a deformarse de manera permanente), la resistencia a la tensin (el esfuerzo que corresponde a la carga mxima aplicada), el modulo de elasticidad (la pendiente de la porcin elstica de la curva esfuerzo-deformacin), y el porcentaje de elongacin, as como el porcentaje de reduccin de rea (siendo ambos medidas de la ductilidad del material).


El ensayo de flexin se utiliza para determinar las propiedades a tensin de materiales frgiles. De ah se puede obtener el modulo de elasticidad en flexin y la resistencia a la flexin (similar a la resistencia a la tensin)


El ensayo de dureza mide la resistencia de un material a la penetracin y da una medida de su resistencia al desgaste y a la abrasin. Comnmente se utilizan varios ensayos de dureza , incluyendo los ensayos Rockwell y Brinell. A menudo la dureza se relaciona con otras propiedades mecnicas, particularmente con la resistencia a la tensin.


El ensayo de impacto describe la respuesta de un material a una carga aplicada rpidamente. Los ensayos Charpy e Izod son tpicos. La energa que se requiere para fracturar la probeta se mide y puede utilizarse como base de comparacin de diversos materiales , probados bajo las mismas condiciones. Adems se puede determinar una temperatura de transicin por encima de la cual el material fallar de manera dctil, en vez de fallar de manera frgil.


La tenacidad a la fractura describe la facilidad con la cual se propaga una grieta o defecto en un material. La tenacidad a la fractura medida en condiciones de deformacin plana K es un resultado comn de estas pruebas.


El ensayo de fatiga permite comprender el comportamiento de un material cuando se le aplica un esfuerzo cclico. Propiedades importantes incluyen el esfuerzo limite para fatiga (el esfuerzo mximo para que la falla ocurra en un numero de ciclos) y la vida en fatiga (numero de ciclos que resistir un material a un esfuerzo dado). Tambin puede ayudar a determinar la vida en fatiga el conocer la rapidez de crecimiento de las grietas en el material.


El ensayo de termofluencia proporciona informacin sobre la capacidad de un material para soportar cargas a altas temperaturas. La rapidez de termofluencia y el tiempo de ruptura son propiedades importantes obtenidas a partir de estos ensayos.

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