Propiedades Mecánicas de los Materiales (Metales) Parte 1

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1 FCEIA-UNR C7 Materiales Propiedades Mecánicas de los Materiales (Metales) Parte 1 Propiedades de los Materiales Físicas Químicas Térmicas Eléctricas Magnéticas Mecánicas Acústicas Opticas Otras (estéticas, económicas, etc.) Selección basada en sus condiciones de uso FCEIA-UNR C7 Materiales

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Propiedades Mecánicasde los Materiales

(Metales)Parte 1

Propiedades de los Materiales

• Físicas• Químicas• Térmicas• Eléctricas• Magnéticas• Mecánicas• Acústicas• Opticas• Otras (estéticas, económicas, etc.)

Selección basada en sus condiciones de usoFCEIA-UNR C7 Materiales

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Efecto de las cargas

• Bajo la acción de las cargas los materiales se deforman (cambian de tamaño y/o de forma)

0AF=σ

L0

L

FF

A0

0

0

0 L)LL(

LL −=Δ=ε

Tensión (tecnológica)

Deformación

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Comportamientos bajo cargade materiales ideales

σ

ε

Elástico Lineal: La tensión es proporcional a la deformación.

Elástico es sinónimo de reversible

La deformación se recupera totalmente al retirar la carga (no quedan deformaciones remanentes)

εσεσ ⋅=→= EE

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Comportamientos bajo cargade materiales ideales

σ

ε

Elástico No Lineal: La proporcionalidad entre tensiones y deformaciones depende del estado de tensiones. La deformación se recupera totalmente al retirar la carga (no quedan deformaciones remanentes)

E =f(σ) E =f(ε)

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Comportamientos bajo cargade materiales ideales

σ

ε

σf

Perfectamente plástico: Cuando la tensión alcanza un valor crítico σf, el material fluye. La deformación no se recupera al retirar la carga (queda una deformación permanente)

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Comportamientos bajo cargade materiales ideales

σ

εεP

εe

εe

σf

Materiales Elastoplásticos: La tensión es proporcional a la deformación hasta un cierto valor crítico σf. Luego el material fluye a tensión constante. Al retirar la carga, parte de la deformación se recupera elásticamente y parte queda como deformación plástica remanente.

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Caract. mecánicas mediante ensayos

•El objeto es obtener resultados numéricos experimentales que describan estas propiedades mecánicas.•De distinta naturaleza: de tracción, de compresión, de flexión, de dureza, triaxiales o específicos.•En algunos casos, desarrollados semi empíricamente.

En general, las propiedades mecánicas de los materiales son determinadas experimentalmente mediante distintos ensayos.

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El ensayo de tracción

Mordaza inferior

Probeta

Extensómetro

L0

F

Mordaza superiorCabezal móvil

•Ensayo de amplia difusión•Aplicable a distintos tipos de materiales•Normalizado

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El ensayo de tracción

ΔL (mm)O

A

B

C

F (103 N)

De O a A: deformación elásticaDe A a B: deformación plásticaDe B a C: EstricciónEn C: Rotura de la probeta

Corresponde alLímite elástico

Corresponde a laResistencia a la tracción

Corresponde a laRotura de la probeta

Fmax

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Resultados experimentales

ε (%)

σ (MPa)

R

Ru

AgAgt

AAt

oo o o

o

A

B

C

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Resultados experimentales

•El módulo elástico E se obtiene como la pendiente de la recta a

•El límite convencional de fluencia Rp se define como la tensión para la cual la deformación permanente remanente es apreciable

•Convencionalmente se la define como una deformación permanente remanente igual al 0,2 %ε (%)

O

σ (MPa)a

0,2%

Rp0,2

E

oo o

Rh

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0100200300400500600700

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tens

ión

(MPa

)

Deformación (%)

σf

0,2%

Límite de fluencia convencional

Límite de fluencia(Tensión de fluencia)

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0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tens

ión

(MPa

)

Deformación (%)

σf

Límite de fluencia real

Límite de fluencia(Tensión de fluencia)

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• Máxima tensión de tracción• Metales: ocurre una notable estricción

ε (%)

σ (MPa)

Resistencia a la tracción

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Etapa de estricción

%100Lo

)LoLu(A ⋅−=

L0

Lu

O A B B C

A0AB Au

%100Ao

AoAuZ ⋅−

=

Alargamiento porcentual de

rotura

Estricción

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0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tens

ión

(MPa

)

Deformación (%)

APL1700

ADN 420

AL 220

Materiales Dúctiles y Frágiles• Fractura : la separación en partes de un elemento material sometido a la acción de un esfuerzo aplicado.

• Fractura frágil: pequeñas e incluso nulas deformaciones plásticas previamente a la fractura

• Fractura dúctil: grandes deformaciones plásticas previamente a la fractura

Ductilidad y fragilidad

• En general, el Alargamiento porcentual en rotura A y la Estricción Z son comparables (del mismo orden).

• La razón: el deslizamiento de los cristales no cambia el volumen (deformación a volumen constante)

• Los límites entre fragilidad y ductilidad se establecen convencionalmente:

A > 5 % DúctilA < 5 % Frágil

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Efecto de “copa y cono”

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Curvas experimentales(retiro del extensómetro)

0

100

200

300

400

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Tens

ión

(MPa

)

Deformación (%)

σR

0

200

400

600

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Tens

ión

(MPa

)

Deformación (%)

σR

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TenacidadCapacidad de un material de absorber energía durante la deformación. El área bajo la curva σ-ε representa el trabajo total W por unidad de volumen que puede realizarse sobre el material para producir la rotura (Joule/m3).

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 2 4 6 8 10 12

Tens

ión (M

Pa)

Deformación (%)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 2 4 6 8 10 12

Tens

ión (M

Pa)

Deformación (%)

W1 W2W2 > W1

Diagrama real σ - ε

ε

σ

Basada en la sección inicial A0 y la longitud inicial Lo

Corregida respecto a la sección instantánea A y la verdadera deformación local

Real

Ingenieril óTecnológica

Si la tensión se calcula respecto al área instantánea de la probeta y la deformación local, se obtiene una curva diferente.

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Influencia de la temperatura

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• Los materiales metálicos adquieren “acritud” por deformación en frío. • Si luego de pasar la tensión de fluencia, la probeta se descarga , recupera parte

de la deformación.

Endurecimiento por deformación, Acritud

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Endurecimiento por deformación, Acritud

• Si se la vuelve a cargar, la deformación vuelve a «empalmar» con la curva original. A simple vista, la probeta no presenta ningún indicio de la carga anterior salvo que es algo más larga.

• La determinación de la tensión de fluencia resulta en un valor algo mayor con una disminución de la ductilidad (deformación de rotura).

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 5 10

Tens

ión

(MPa

)

Deformación (%)0,2%

σf

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 5 10

Tens

ión

(MPa

)

Deformación (%)0,2%

σf

Fin Parte 1

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