PROPIEDADES PROPIEDADES MECMECNICAS DE NICAS DE

LOS MATERIALESLOS MATERIALES

1. Fundici1. Fundicin de metales y n de metales y aleacionesaleaciones

Funde el metal en un horno.Funde el metal en un horno.A este metal fundido pueden aA este metal fundido pueden aadirse los adirse los

elementos de aleacielementos de aleacin:n:El metal El metal magnesiomagnesio(S(S)) puede apuede aadirse al aluminio adirse al aluminio

fundido y, despufundido y, despus de su fusis de su fusin, puede ser n, puede ser mezclado mecmezclado mecnicamente con el aluminio nicamente con el aluminio

un un

llquido homogquido homogneo = aleacineo = aleacin Aln Al--MgMg. .

DespuDespus de eliminar las impurezas (s de eliminar las impurezas (xido) y el xido) y el gas hidrgas hidrgeno, se cuela en el molde de una geno, se cuela en el molde de una mmquina de colada quina de colada semicontinuasemicontinua con con enfriamiento directo. enfriamiento directo.

2. Laminaci2. Laminacin en caliente de n en caliente de metales y aleacionesmetales y aleaciones

Cuando el metal estCuando el metal est caliente, es posible caliente, es posible una mayor reducciuna mayor reduccin del espesor a cada n del espesor a cada

pasada por el laminador. Antes de la pasada por el laminador. Antes de la laminacilaminacin en caliente, los planchones se n en caliente, los planchones se precalientan a alta temperatura (1200precalientan a alta temperatura (1200CC). ).

LaminaciLaminacin en Frn en Fro (T o (T ambamb.) .) Tren de laminacin de cuatro rodillos: a)

laminador simple y b) dos laminadores en serie

4. 4. Forja Forja

En el proceso de forja, el metal es En el proceso de forja, el metal es golpeado o comprimido hasta la golpeado o comprimido hasta la forma deseada. forma deseada.

Pueden clasificarse como Forja con Pueden clasificarse como Forja con martillo y Forja con Prensa.martillo y Forja con Prensa.

TambiTambin se clasifican comon se clasifican como Forja en Forja en matriz abierta matriz abierta y y forja en matriz forja en matriz cerradacerrada

Se reduce la

porosidad y se refina

la estructura

interna

5. Trefilado de alambre5. Trefilado de alambreSe reduce el diSe reduce el dimetro de una barra o metro de una barra o alambre inicial durante su paso a travalambre inicial durante su paso a travs s de una o mde una o ms matrices.s matrices.En el trefilado de alambre En el trefilado de alambre del acerodel acero se se utiliza un injerto de carburo de volframio utiliza un injerto de carburo de volframio insertado en una camisa de acero. El insertado en una camisa de acero. El carburo aporta la resistencia al desgaste carburo aporta la resistencia al desgaste necesaria para la reduccinecesaria para la reduccin del alambre n del alambre de acero de acero

Trabajo en Fro

Placa, Hoja, Lmina LaminadoDeformacin de metal en moldes Forjado

Se jala un metal para dar un alambre TrefiladoSe empuja el material a travs de un molde Extrusin

Formas diversas Embutido y doblado

Porcentaje de trabajo en Fro= Ao- Af x 100

Ao

DeformaciDeformacin Eln Elstica y Plstica y Plsticastica

Cuando se somete una pieza de metal a una Cuando se somete una pieza de metal a una fuerza de traccifuerza de traccin n uniaxialuniaxial se produce la se produce la deformacideformacin del metal. n del metal.

Si el metal recupera sus dimensiones Si el metal recupera sus dimensiones originales cuando se elimina la fuerza, se originales cuando se elimina la fuerza, se considera que el metal ha sufrido una considera que el metal ha sufrido una deformacideformacin eln elsticastica (

TensiTensin de ingeniern de ingeniera a TensiTensin convencional o Esfuerzo n convencional o Esfuerzo

= = F F ( fuerza media de tracci( fuerza media de traccin n

uniaxialuniaxial )/)/ AA00 ((rea de la seccirea de la seccin n transversal original ) transversal original )

(libras fuerza) (libras fuerza) lblbff /pulg/pulg22, o , o psipsi

(N/m(N/m22) o ) o pascalespascales ((PaPa), donde ), donde 1 N/m1 N/m22 = 1 = 1 PaPa

DeformaciDeformacin n convencional=convencional=

==ll ( cambio de la longitud de la muestra )( cambio de la longitud de la muestra ) lo ( longitud original de la muestra )lo ( longitud original de la muestra )

Es una Es una magnitud adimensionalmagnitud adimensional. .

% deformaci% deformacin = n = deformacideformacinn convencional convencional 100% alargamiento 100% alargamiento

Coeficiente de Coeficiente de PoissonPoisson

Tensin a traccin

Deformacin axial +zContraccin lateral -x y -y

Coeficiente de Coeficiente de PoissonPoisson

v v = = (lateral) / (lateral) / (longitudinal)(longitudinal)= = --xx/ / zz = = --yy//zz

Para materiales ideales v = 0.5Para materiales ideales v = 0.5

TensiTensin de n de cizalladuracizalladura y y deformacideformacin de n de cizalladuracizalladura

=S (fuerza)A( rea)

= a / h tana= desplazamiento de cizalladura

h= distancia

G

rea= (/4) d2

Probetas pueden variar.

General/ tienen

dimetro 0.50 pulg

Longitud entre

marcas= 2 pulg

Diagrama tensin- deformacin de una aleacin de aluminio de alta

resistencia (7075- T6).

La probeta para el ensayo se obtuvo de una placa de

5/8 pulg y de dimetro 0.50 pulg

y 2 pulg de longitud calibrada

de ensayo.

Propiedades Mecnicas obtenidas del ensayo de traccin y del

diagrama tensin-deformacin convencional

1. Mdulo de elasticidad2. Lmite elstico convencional de 0.2

por ciento3. Resistencia a la traccin

4. Porcentaje de alargamiento a fractura5. Porcentaje de estriccin a fractura

MMdulo de Elasticidaddulo de Elasticidad

Ley de Ley de HookeHooke: : (tensi(tensin) = n) = E . E . ( deformaci( deformacin )n )E E = = (tensi(tensin)n)/ / ((deformacideformacin) n)

(unidades (unidades PaPa o o psipsi))

E E es el es el mmdulo de elasticidaddulo de elasticidad, o , o mmdulo de dulo de YoungYoung. .

Mxima deformacin Elstica < 0.5%

LLmite Elmite ElsticosticoNivel de tensiNivel de tensin al que un metal o n al que un metal o aleacialeacin muestran una deformacin muestran una deformacin n plplstica significativa.stica significativa.

Se determina como la tensiSe determina como la tensin a la n a la que se produce una deformacique se produce una deformacin n elelstica definida. stica definida.

En muchas ocasiones se determina el En muchas ocasiones se determina el llmite cuando se produce una mite cuando se produce una deformacideformacin de 0.2 %= n de 0.2 %= llmite mite elelstico convencional de 0.2 %stico convencional de 0.2 %

Resistencia Mxima

Resistencia a la

Traccin

Porcentaje de AlargamientoPorcentaje de Alargamiento

El porcentaje de alargamiento que El porcentaje de alargamiento que una probeta a tracciuna probeta a traccin soporta, n soporta, proporciona la proporciona la DuctilidadDuctilidad del metal. del metal.

La ductilidad de metales se expresa La ductilidad de metales se expresa como porcentaje de alargamiento, como porcentaje de alargamiento, usualmente determinado en probetas usualmente determinado en probetas de 2 pulgadas (5.1 de 2 pulgadas (5.1 cmcm) )

La ductilidad La ductilidad de un metal o aleacide un metal o aleacin tambin tambin n se puede expresar en tse puede expresar en trminos de porcentaje de rminos de porcentaje de reduccireduccin de n de rea o estriccirea o estriccin. Esta magnitud n. Esta magnitud normalmente se obtiene del ensayo de traccinormalmente se obtiene del ensayo de traccin n utilizando una probeta de 0.50 pulgadas (12.7 utilizando una probeta de 0.50 pulgadas (12.7 mmmm) de di) de dimetro. metro.

%% reduccireduccin en n en rea = rea = rearea inicial inicial

rea final rea final

100% 100% rea inicialrea inicial

= = AA0 0

A f A f

100%100%AA00

Porcentaje de EstricciPorcentaje de Estriccinn

La La dureza dureza es una medida de la es una medida de la resistencia de un metal a la resistencia de un metal a la deformacideformacin permanente n permanente (pl(plstica).stica).

La dureza de un metal se mide La dureza de un metal se mide forzando la forzando la indentaciindentacinn de un de un penetrador en la superficie del penetrador en la superficie del metal. metal.

DUREZA Y ENSAYO DE DUREZADUREZA Y ENSAYO DE DUREZA

Acero TempladoCarburo de WDiamante

Dureza Brinell

Bola de Acero templado

Durezas < 500HBPoco fiable para

Dureza VickersPirmide regular de

base cuadrada /Diamante

Dureza Rockwell

DEFORMACIDEFORMACIN PLN PLSTICA DE STICA DE CRISTALES POR EL MECANISMO CRISTALES POR EL MECANISMO

DE DESLIZAMIENTODE DESLIZAMIENTO

Tensin terica = 1000 a 10000 veces mayor que la real

DeformaciDeformacin de cristales n de cristales

AAlta lta densidad de imperfecciones densidad de imperfecciones cristalinas = cristalinas = DislocacionesDislocaciones. .

Las dislocaciones (~ 10Las dislocaciones (~ 1066cm/cmcm/cm33) se ) se forman durante la solidificaciforman durante la solidificacin del n del metal, metal, peropero se generan muchas mse generan muchas ms s durante la deformacidurante la deformacin del metal n del metal

puede alcanzar una densidad de puede alcanzar una densidad de dislocaciones de hasta 10dislocaciones de hasta 101212 cmcm/cm/cm33

Sistemas de deslizamientoSistemas de deslizamiento

Los planos de deslizamiento son los de Los planos de deslizamiento son los de mmxima xima compactabilidadcompactabilidad. . El desplazamiento se favorece en los El desplazamiento se favorece en los planos de mplanos de mxima capacidad. La tensixima capacidad. La tensin n de de cizalladuracizalladura requerida para el requerida para el deslizamiento atdeslizamiento atmico es menor que en mico es menor que en planos con menor planos con menor compactabilidadcompactabilidad. . La combinaciLa combinacin de un plano de n de un plano de deslizamiento y una direccideslizamiento y una direccin de n de deslizamiento es el deslizamiento es el sistema de sistema de deslizamientodeslizamiento. .

No es compactaTensin de

Cizalladura> >>

Sistemas de deslizamiento

DEFORMACIDEFORMACIN N PLPLSTICA DE STICA DE

METALES METALES POLICRISTALINOSPOLICRISTALINOS

ENDURECIMIENTOENDURECIMIENTO

Cu (T amb.)

Efecto de la deformaciEfecto de la deformacin n plplstica en frstica en froo

La densidad de dislocaciones La densidad de dislocaciones aumenta con la deformaciaumenta con la deformacin en frn en fro. o.

Se hace mSe hace ms y ms y ms difs difcil el cil el movimiento de las dislocaciones a movimiento de las dislocaciones a travtravs del s del bosque de dislocacionesbosque de dislocaciones

el metal se el metal se endureceendurece con el con el

aumento de la deformaciaumento de la deformacin en frn en fro o

Calentamiento del metal despuCalentamiento del metal despus s del trabajo en frdel trabajo en fro: 1) o: 1) recuperacirecuperacinn, 2) , 2) recristalizacirecristalizacinn y 3) y 3) crecimiento de granocrecimiento de grano..El tratamiento tEl tratamiento trmico que rmico que ablanda el metal trabajado en frablanda el metal trabajado en fro o se denomina se denomina recocidorecocido recocido recocido parcial parcial y y recocido total frecocido total f (grado de (grado de ablandamiento). ablandamiento).

RecuperaciRecuperacinnEl metal fuertemente deformado se calienta El metal fuertemente deformado se calienta sese relajan las tensiones internas del metal.relajan las tensiones internas del metal.reordenamientoreordenamiento de las dislocaciones en de las dislocaciones en configuraciones de menor energconfiguraciones de menor energa.a.

estructura de estructura de subgranossubgranos con lcon lmites de mites de

grano de grano de ngulo pequengulo pequeo. o. Se llama Se llama PoligonizaciPoligonizacinn = cambio estructural = cambio estructural que precede a la que precede a la recristalizacirecristalizacinn..Durante este proceso, la resistencia de un Durante este proceso, la resistencia de un metal trabajado en frmetal trabajado en fro se reduce ligeramente, o se reduce ligeramente, pero aumenta significativamente su ductilidadpero aumenta significativamente su ductilidad

RecristalizaciRecristalizacinn

Se Se nucleannuclean nuevos granos libres de nuevos granos libres de deformacideformacin en el metal recuperado, e inician su n en el metal recuperado, e inician su crecimiento, formando una estructura crecimiento, formando una estructura recristalizadarecristalizada. .

DespuDespus de un tiempo la estructura se s de un tiempo la estructura se reemplaza completamente por una estructura de reemplaza completamente por una estructura de grano grano recristalizadorecristalizado..

La La recristalizacirecristalizacinn tiene lugar a travtiene lugar a travs de dos s de dos mecanismos principales: 1) un nmecanismos principales: 1) un ncleo aislado cleo aislado puede expandirse con un grano deformado o 2) puede expandirse con un grano deformado o 2) un lun lmite de grano de mite de grano de ngulo grande puede ngulo grande puede emigrar hacia una regiemigrar hacia una regin fuertemente n fuertemente deformada del metal. deformada del metal.

Para alcanzar la superplasticidad:1. El material debe tener un tamao de

grano muy fino (5-10 m) y ser muy sensible a la velocidad de deformacin.2. Temperatura de carga alta, mayor de

50 % de la temperatura de fusin del metal.

3. Velocidad de deformacin baja y regulada dentro del intervalo de 0.01 a

0.0001 s1.

FRACTURA DE FRACTURA DE LOS METALESLOS METALES

La falla es la incapacidad del material de

1) realizar la funcin prevista, 2) cumplir los criterios de desempeo

3) tener un desempeo seguro y confiable incluso despus de

deteriorarse.El rendimiento, desgaste, la torcedura

(inestabilidad elstica), la corrosin y la fractura son ejemplos de situaciones en

las que ha fallado un componente.

Sobrediseo

La FracturaLa FracturaEs la separaciEs la separacin de un sn de un slido en dos lido en dos o mo ms piezas bajo la accis piezas bajo la accin de una n de una fuerza. fuerza.

La La fractura dfractura dctil ctil : despu: despus de una s de una deformacideformacin pln plstica intensa y hay stica intensa y hay una lenta propagaciuna lenta propagacin de la fisura. n de la fisura.

La La fractura frfractura frgilgil, se produce a lo , se produce a lo largo de planos cristalogrlargo de planos cristalogrficos , ficos , planos deplanos de exfoliaciexfoliacin, n, y presenta una y presenta una rrpida propagacipida propagacin de la fisura. n de la fisura.

FRACTURA DUCTILFRACTURA DUCTIL1) la muestra presenta una

estriccin y se forman

cavidades en la zona de

estriccin

2) las cavidades

se juntan una fisura

que se propaga hacia la

superficie y perpend. al

esfuerzo aplicado

3) la fisura se aproxima a la

sup., la direccin cambia

respecto al eje de la tensin

4. Fractura del tipo cono y

copa

Fractura Dctil se da por un exceso de carga sobre el componente !

FRACTURA FRFRACTURA FRGILGIL

Planos deExfoliacin

HCP(0001)

La fractura frgil tiene lugar en tres etapas:

1. La deformacin plstica concentra las dislocaciones a lo largo de los planos de

deslizamiento en los obstculos.

2. El esfuerzo cortante se acumula en los lugares donde las dislocaciones estn bloqueadas y se

nuclean microfisuras.

3. Un esfuerzo posterior propaga las microfisuras y la energa de deformacin elstica

almacenada puede contribuir a su propagacin.

Tenacidad= rea bajo la curva

TENACIDAD Y PRUEBA DE TENACIDAD Y PRUEBA DE IMPACTOIMPACTO

La La tenacidad tenacidad es una medida de la cantidad es una medida de la cantidad de energde energa que un material puede a que un material puede absorber antes de fracturarse. absorber antes de fracturarse.

Esta propiedad es de importancia en la Esta propiedad es de importancia en la ingenieringeniera cuando se considera la a cuando se considera la capacidad que tiene un material para capacidad que tiene un material para soportar un impacto sin que se produzca soportar un impacto sin que se produzca la fractura. la fractura.

Uno de los mUno de los mtodos mtodos ms simples de medida s simples de medida de la tenacidad es la prueba de impacto. de la tenacidad es la prueba de impacto.

Elevada Tenacidad

TEMPERATURA DE TRANSICITEMPERATURA DE TRANSICIN N DE DDE DCTIL A FRCTIL A FRGILGIL

TransiciTransicin de dn de dctil a frctil a frgil gil ( TDF )( TDF )

FrgilTDF

RESISTENCIA A LA FRACTURARESISTENCIA A LA FRACTURA

Una tensin uniaxial en una placa que contiene una fisura en el borde o en su

interior (prueba en modo I)

K1 = Y (

a)

Donde K1 = factor intensidad

esfuerzo = esfuerzo nominal aplicado

a = longitud de fisura en el borde o la mitad de la longitud de la fisura internaY = constante geomtrica adimensional

del orden de 1

El valor crtico del factor de intensidad- esfuerzos que causa la falla de la placa se

denomina resistencia a la fractura KIC (tenacidad a la fractura) del material. En el

caso de un esfuerzo de fractura f y un tamao de fisura a para una fisura en el borde (o la mitad de la longitud para una

fisura interna):

KIC = Y f ( a)Los valores de resistencia a la fractura (KIC), tienen unidades de MPam en el sistema internacional

FRAGILDUCTIL

Ejercicio

FATIGA DE LOS FATIGA DE LOS METALESMETALES

Esfuerzos Cclicos o Repetitivos

Fallas por Fatiga80%

Concentracin de esfuerzos

Fisura se nuclea

Se propaga

Marcas de Playa

Prueba de fatiga por flexiPrueba de fatiga por flexin n alternante rotativa alternante rotativa

Probeta para la prueba de Probeta para la prueba de fatiga por flexifatiga por flexin alternante n alternante

rotativa rotativa

= (10.18 x l x F )/ d3

Curvas SN

Esfuerzo que causa falla

Resistencia a la Fatiga

Esfuerzo Lmite

Ejercicio

1. 1. ConcentraciConcentracin de esfuerzosn de esfuerzos. . Muescas, orificios, hendiduras o Muescas, orificios, hendiduras o cambios bruscos en la seccicambios bruscos en la seccin n transversal. transversal.

2. 2. Aspereza superficialAspereza superficial. .

3. 3. Estado de la superficieEstado de la superficie. . CarburizaciCarburizacinn/ / descarburizacidescarburizacinn..

4. 4. Medio ambienteMedio ambiente. La combinaci. La combinacin n del ataque corrosivo y los del ataque corrosivo y los esfuerzos cesfuerzos cclicos en un metal se clicos en un metal se conoce como conoce como corrosicorrosinn--fatigafatiga..

FLUENCIAFLUENCIALa La deformacideformacin dependiente deln dependiente del

tiempo tiempo se denomina se denomina fluenciafluencia. .

Para muchos disePara muchos diseos que operan a os que operan a elevadas temperaturas, la elevadas temperaturas, la termofluenciatermofluencia de los materiales es el de los materiales es el factor limitante factor limitante

ququ tan alta tan alta

puede ser la temperatura de puede ser la temperatura de trabajo ? !trabajo ? !

CURVA DE FLUENCIA

Velocidad disminuye

Velocidad constante

Velocidad Mnima de Fluencia

Estado Estacionario

Velocidad Aumenta

Las dislocaciones escapan de los bloqueos

Las dislocaciones

escapan y se bloquean a =V

Tiempo de ruptura

Velocidad Mnima de Fluencia

Curva de fluencia para una aleacin de cobre probada a 225C y 230 MPa (33.4 ksi).

Efecto del esfuerzo en la velocidad de Efecto del esfuerzo en la velocidad de fluencia de un acero inoxidable 316 (18% fluencia de un acero inoxidable 316 (18%

CrCr--12% Ni12% Ni--2.5% 2.5% MoMo) a varias temperaturas ) a varias temperaturas

PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALES1. Fundicin de metales y aleaciones2. Laminacin en caliente de metales y aleaciones Laminacin en Fro (T amb.) Slide Number 5Slide Number 64. Forja Slide Number 85. Trefilado de alambre Slide Number 10Deformacin Elstica y PlsticaTensin de ingeniera sDeformacin convencional= eCoeficiente de PoissonCoeficiente de Poisson Tensin de cizalladura y deformacin de cizalladura Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Mdulo de ElasticidadSlide Number 22Lmite Elstico Slide Number 24Slide Number 25Porcentaje de AlargamientoPorcentaje de EstriccinSlide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Slide Number 31Slide Number 32DUREZA Y ENSAYO DE DUREZASlide Number 34Slide Number 35Slide Number 36Slide Number 37Slide Number 38Slide Number 39DEFORMACIN PLSTICA DE CRISTALES POR EL MECANISMO DE DESLIZAMIENTOSlide Number 41Slide Number 42Slide Number 43Slide Number 44Slide Number 45Sistemas de deslizamientoSlide Number 47DEFORMACIN PLSTICA DE METALES POLICRISTALINOSSlide Number 49Slide Number 50Efecto de la deformacin plstica en froSlide Number 52Slide Number 53Slide Number 54RecuperacinSlide Number 56RecristalizacinSlide Number 58FRACTURA DE LOS METALESSlide Number 60Slide Number 61La Fractura FRACTURA DUCTIL Slide Number 64Slide Number 65Slide Number 66FRACTURA FRGIL Slide Number 68Slide Number 69Slide Number 70TENACIDAD Y PRUEBA DE IMPACTO Slide Number 72Slide Number 73TEMPERATURA DE TRANSICIN DE DCTIL A FRGIL Slide Number 75RESISTENCIA A LA FRACTURA Slide Number 77Slide Number 78Slide Number 79Slide Number 80Slide Number 81FATIGA DE LOS METALESSlide Number 83Slide Number 84Prueba de fatiga por flexin alternante rotativa Probeta para la prueba de fatiga por flexin alternante rotativa Slide Number 87Slide Number 88FLUENCIASlide Number 90Slide Number 91Slide Number 92Slide Number 93Slide Number 94Efecto del esfuerzo en la velocidad de fluencia de un acero inoxidable 316 (18% Cr-12% Ni-2.5% Mo) a varias temperaturas Slide Number 96