7/31/2019 Modulo 4 Curso de Materiales y Procesos Industriales

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Prof. Manuela Mata 

Propiedades Mecánicasde los materiales

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Problemas:

1.¿Que factores deben tomarse en

consideración en la selección de materialespara fabricar monedas? Sugiera materialespara esta aplicación.

Resistentes a la tracción(a fuerzas externas),resistencia a la corrosión y el color.

Los latones se hacen fundiendo cobre con zincson más duros, más resistentes a latracción que el cobre y, en muchos casos, enfunción de la composición de la aleación másresistentes a la corrosión; y tienen un atractivocolor dorado.

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El ruido en cañerías de sistema de drenaje y dedesecho de líquidos, es resultado de la vibración del

sistema y de ruido provocado por el aire circulante.¿Qué material podría seleccionarse para el sistema detubería con objeto de reducir la vibración y el ruido.Porque?

La tuberia de drenaje debe presentar una largaduración en el subsuelo , debe tener la característicade inatacable por roedores y termitas, debe ser muyflexible o elasticidad para amortiguar la vibración.

Además debe ser resistente a la corrosiónde líquidos ácidos, alcalinos.

Polietileno de alta densidad

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Durante más de un siglo, las industrias alrededor del mundo sehan dirigido a ASTM International para el desarrollo de normasvoluntarias por consenso. Conocidas por su alta calidad técnica ysu pertinencia en el mercado, estas normas son una parteimportante de la infraestructura de información que orienta eldiseño, la fabricación y el comercio en la economía global.

¿Cómo y dónde se usan las normas ASTM? 

Las normas ASTM las usan individuos, compañías y agencias entodo el mundo. Los compradores y vendedores incorporannormas en sus contratos; los científicos e ingenieros las usan ensus laboratorios y oficinas; los arquitectos y diseñadores las usanen sus planos; las agencias gubernamentales de todo el mundohacen referencia a ellas en códigos, regulaciones y leyes; ymuchos otros las consultan para obtener orientación sobremuchos temas.

http://www.astm.org/FAQ/whatisastmspanish_answers.html  

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La tenacidad es una medida de la cantidad deenergía que un material puede absorber antes defractura.

La figura de Efecto de la temperatura en laenergía absorbida durante el impacto paradiferentes tipos de materiales.(El ensayo deimpacto puede utilizarse para determinar elintervalo de temperatura para la transición de

comportamiento dúctil a frágil e metales yaleaciones al disminuir su temperatura).

Pág.155 Ciencias e Ingeniería de materiales

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Aleación de altaresistencia

Metales BCC de baja resistencia.p.ej. aceros de bajo carbono;Termoplástico.

Metales FCC

Temperatura

   E  n

  e  r  g   í  a   A   b  s  o  r   b   i   d  a

Más

dúctil

Másfrágil

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Los ensayos de impacto , no proporcionan datosadecuados con propósito de diseño para materialesque contienen fisuras o defectos.

La fractura de un metal se inicia en el punto en elque la concentración de tensiones es la mas elevada.

Los valores de tenacidad a la fractura son muy útiles

en diseño mecánico. Los materiales que muestran unapequeña deformación plástica antes de fracturar tienenbajos valores de Kic tienden a ser frágiles, mientras losque presentan valores altos de Kic son más dúctiles.

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z

x

y

a

F

F

F

F

2a

Con una fisura en elBorde a

Con una fisura en elinterior 2a

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Una placa que forma parte de un diseño debe soportarun esfuerzo de 207 MPa (30 Ksi). Si se utiliza laaleación de aluminio 2024-T851 para estaaplicación.¿Cual es el máximo tamaño de la fisura

interna que puede soportar este material? Kic=Yσ(πa)

Kic=factor de intensidad de tensión(valor dado paraese tipo de aleación de Aluminio).

σ =Esfuerzo nominal aplicado A= longitud de fisura (borde) o semilongitud de fisura

(interna).

Y=constante geométrica adimensional del orden de 1.

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a=1/ π(Kic/ σ)2

a=1/ π(26.4 MPa(m)1/2 /207 MPa)2

a=0,000518 m=5,18 mm

Por tanto, el mayor tamaño de fisurainterna que puede soportar elcomponente es de 2a es de 10,36 mm

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En muchos tipos deaplicaciones loscomponentes metálicossometidos a esfuerzos

cíclicos o repetitivosromperán tensionesmuchos menores queaquellas que puedesoportar el componente

bajo la aplicación de unúnico esfuerzo estático.Esos fallos se denominafallos por fatiga.

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Hay diferentes tipos deensayo de fatiga, pero elmás común es por flexiónrotativa en el cual laprobeta se somete atensiones alternas de

tracción y compresión dela misma magnituddurante la rotación.

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En el caso de los metales, cuando estos están en su estado sólido:

Sus átomos se alinean de manera regular en forma de mallastridimensionales.

Estas mallas pueden ser identificadas fácilmente por sus

propiedades químicas, físicas o por medio de los rayos X.

Cuando un material cambia de tipo de malla al modificar sutemperatura, se dice que es un material polimorfo o alotrópico.

Cada tipo de malla en los metales da diferentes propiedades, noobstante que se trata del mismo material, así por ejemplo en elcaso del hierro aleado con el carbono, se pueden encontrar tresdiferentes tipos de mallas: la malla cúbica de cuerpo centrado, lamalla cúbica de cara centrada y la malla hexagonal compacta.

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La malla cúbica de cuerpo centrado. Es laestructura que tiene el hierro a temperaturaambiente, se conoce como hierro alfa. Tiene

átomos en cada uno de los vértices del cuboque integra a su estructura y un átomo en elcentro. También se encuentran con estaestructura el cromo, el molibdeno y eltungsteno.

Malla cúbica de

cuerpo centrado Malla cúbica de

cara centrada Malla hexagonal

compacta 

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La malla cúbica de cara centrada aparece enel hierro cuando su temperatura se eleva a

aproximadamente a 910ºC, se conoce comohierro gamma. Tiene átomos en los vértices yen cada una de sus caras, su cambio esnotado además de por los rayos X por lamodificación de sus propiedades eléctricas,

por la absorción de calor y por las distanciasintermoleculares. A temperatura elevada elaluminio, la plata, el cobre, el oro, el níquel, elplomo y el platino son algunos de los metalesque tienen esta estructura de malla.

Malla cúbica de cara centrada

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La malla hexagonal compacta se encuentra en metalescomo el berilio, cadmio, magnesio, y titanio. Es unaestructura que no permite la maleabilidad y laductilidad, es frágil.

Modificar a una malla de un metal permite laparticipación de más átomos en una sola molécula,estos átomos pueden ser de un material aleado comoel carbón en el caso del hierro, lo que implica que se

puede diluir más carbón en un átomo de hierro. Si setiene en cuenta que el carbón es el que, en ciertasproporciones, da la dureza al hierro, entonces lo quese hace al cambiar la estructura del hierro es permitirque se diluya más carbón, con lo que se modifican sus

propiedades

Malla hexagonal compacta