Ciencia De Los Materials

INTRODUCCIÓN

Las propiedades mecánicas de los materiales se determinan realizando ensayos cuidadosos de laboratorio que reproducen las condiciones de servicio hasta donde sea posible. Los factores que deben considerarse son la naturaleza de la carga aplicada, su duración, así como las condiciones del medio. La carga puede ser una tracción, una compresión o una cizalladura, y su magnitud puede ser constante con el tiempo o bien fluctuar continuamente. El tiempo de aplicación puede ser de solo una fracción de segundo o durar un periodo de varios años. La temperatura de servicio puede ser un factor importante.

La temperatura de transición es la temperatura a la cual un material cambia de un comportamiento dúctil a un comportamiento frágil. Esta temperatura puede definirse como la energía promedio entre las regiones dúctil y frágil, a una energía absorbida específica, o al tener ciertas características en la fractura.

A menudo un componente está sujeto a la aplicación cíclica de un esfuerzo inferior al esfuerzo de cedencia del material. Este esfuerzo cíclico puede ocurrir como resultado de rotación, flexión o vibración. Aun cuando el esfuerzo este por debajo del límite elástico, el material puede fallar después de numerosas aplicaciones de dicho esfuerzo. Este tipo de falla se conoce como fatiga. Usualmente ocurren en tres etapas: primero, se inicia una grieta minúscula, sobre la superficie, generalmente tiempo después de haberse aplicado la carga. A continuación, la grieta se propaga gradualmente, conforme la carga sigue su alternancia. Finalmente, cuando la sección transversal restante del material resulta demasiado pequeña para soportar la carga aplicada, ocurre la fractura súbita del material.

Para la mayoría de los materiales metálicos, la deformación elástica únicamente persiste hasta deformaciones de alrededor de 0,005. A medida que el material se deforma más allá de este punto, la tensión deja de ser proporcional a la deformación y ocurre deformación plástica, la cual es permanente, es decir no recuperable. La transición elasto-plástica es gradual en la mayoría de los metales; se empieza a notar cierta curvatura al comienzo de la deformación plástica, la cual aumenta más rápidamente al aumentar la carga.

6-10 Los siguientes datos fueron reunidos a partir del ensayo estándar de tensión en una probeta de 0,505 plg de diámetro de una aleación de cobre:

Carga (lb) Longitud calibrada (plg)

0 2

3.000 2,00167

6.000 2,00333

7.500 2,00417

9.000 2,009

10.500 2,04

12.000 2,26

12.400 2,50 (carga máxima)

11.400 3,02 (fractura)

Después de la fractura, la longitud calibrada de la muestra es de 3,014 plg y su diámetro de 0,374 plg.

Grafique los datos y calcule:

Limite elástico

Resistencia a la tensión

Módulo de Young

Desarrollo:

Los datos de esfuerzo-deformación fueron obtenidos con las siguientes ecuaciones:

Calculado

Esfuerzo (psi) Deformación (plg/plg)

0 0

14.978 0,0008

29.956 0,0017

37.445 0,0021

44.933 0,0045

52.422 0,02

59.911 0,13

61.908 0,25

56.916 0,51

El límite elástico es la máxima tensión que un material puede aguantar.

Para el anterior grafico el límite elástico seria el intercepto del punto 0,0017; 29.956.

La resistencia a la tensión es aquella que se encuentra en la parte curva de la gráfica [1], que para este caso es el intercepto de los puntos: 0,25; 61.908.

El módulo de Young es la pendiente a la curva esfuerzo-deformación en su región elástica y viene dado de la esta forma:

E= σ/ε

E= 29.956/0,0017

E= 17.621.176,5

6-21 Una medición de dureza Brinell, utilizando un penetrador de 10 mm de diámetro y una carga de 500 Kg, produce una penetración de 4,5 mm en una placa de aluminio. Determine el número de dureza Brinell (HB) del metal.

Desarrollo.

Partiendo de la siguiente formula:

HB=

...