Ensayos Y Propiedades Mecánicas

CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES

Capítulo 6 Ensayos Y Propiedades Mecánicas

6.1 Introducción

En este capítulo se estudiaran varios ensayos que se utilizan para medir la forma en que un material resiste una fuerza aplicada. Los ensayos de estas pruebas serán las propiedades mecánicas de dicho material.

6.2 Ensayo De Tensión: Uso Del Diagrama Esfuerzo-Deformación

El ensayo de tensión mide la resistencia de un material a una fuerza estática o gradualmente aplicada. Para medir el alargamiento del material causado por la aplicación de fuerza en la longitud calibrada se utiliza un extensómetro.

Esfuerzo Y Deformación Ingenieriles

Para un material dado, los resultados de un solo ensayo son aplicables a todo tamaño y formas de muestras, si se convierte la fuerza en esfuerzo y la distancia entre marcas calibradas en deformación. El esfuerzo y la deformación ingenieriles se definen mediante las ecuaciones siguientes.

Esfuerzo Ingenieril = σ" = F / A0

Deformación Ingenieril Є = l – lo / lo

Donde A0 es el área original de la sección transversal de la probeta antes de iniciarse el ensayo, lo es la distancia original entre marcas calibradas y l es la distancia entre las mismas.

Unidades

Se utilizan muchas unidades distintas para reportar los resultados de un ensayo de tensión. Las unidades más comunes para el esfu8erzo son lb por plg (Psi) y el mega pascal (MPa). Las unidades de la deformación pueden ser plg/plg, cm/cm y m/m

6.3 Propiedades Obtenidas Del Ensayo De Tensión

A partir de un ensayo de tensión se puede obtener información relacionada con la resistencia, rigidez y ductilidad de un material.

Esfuerzo De Cedencia

Es el esfuerzo al cual la deformación plástica se hace importante. En los metales, es por lo general el esfuerzo requerido para que las dislocaciones se deslicen. El esfuerzo de cedencia es, por tanto, el esfuerzo que divide los comportamientos elástico y plástico del material.

En algunos materiales, el esfuerzo al cual el material cambia su comportamiento de elástico a plástico no se detecta fácilmente. En este caso, se determina un esfuerzo de cedencia convencional.

Resistencia A La Tensión

El esfuerzo obtenido de la fuerza más alta aplicada es la resistencia a la tensión, que es el esfuerzo máximo sobre la curva esfuerzo-deformación ingenieril.

En muchos materiales dúctiles, la deformación no se mantiene uniforme.

Propiedades Elásticas

El módulo de elasticidad o módulo de Young, E, es la pendiente de la curva esfuerzo-deformación en su región elástica. Esta relación es la ley de Hooke.

E= σ"/ Є

Este módulo está íntimamente relacionado con la energía de enlace de los átomos.

El módulo de resistencia (Er), que es el área que aparece bajo la porción elástica de la curva esfuerzo-deformación, es la energía elástica que un material absorbe o libera durante la aplicación y liberación de la carga aplicada respectivamente

Relación De Poisson

Relaciona la deformación elástica longitudinal producida por un esfuerzo simple a tensión o compresión, con la deformación lateral que ocurre simultáneamente.

U = - Єlateral / Є longitudinal

Ductibilidad

La ductibilidad mide el grado de deformación que puede soportar un material sin romperse. El % de elongación representa la distancia entre que la probeta se alarga plásticamente antes de la fractura:

% De Elongación = lf – lo / lo x 100

Efecto De La Temperatura

Las propiedades a la tensión dependen de la temperatura. El esfuerzo de cedencia, la resistencia a la tensión y el módulo de elasticidad disminuyen a temperaturas más altas, en tanto que, por lo general, la ductibilidad se incrementa.

6.4 El Ensayo De Flexión Para Materiales Frágiles

En los materiales ductiles, la curva esfuerzo-deformación ingenieril generalmente pasa por un valor máximo, este esfuerzo máximo es la resistencia del material a la tensión. La falla ocurre a un esfuerzo menor después de que el encuella miento ha reducido el área de la sección transversal que soporta la carga.

La resistencia a la flexión, o módulo de ruptura describe la resistencia del material:

Resistencia a la flexión = 3FL / 2wh

Donde F es la carga a la fractura L la distancia entre los dos puntos de apoyo W es el ancho de la probeta H es su altura

El módulo de elasticidad a la flexión o modulo en flexión s e calcula en la región elástica.

Modulo en flexión = L3F / 4wh3σ

Donde σ es la deflexión de la viga al aplicarse una fuerza

6.5 Esfuerzo Real-Deformación Real

La reducción es el esfuerzo, mas allá de la resistencia a la tensión ocurre en razón a nuestra definición de esfuerzo ingenieril. Se definen esfuerzo real y deformación real mediante las ecuaciones siguientes:

Esfuerzo Real = σ = F/A

Donde a es el área real a la cual se le aplica la fuerza f. la expresión ln (AjA) deberá ser utilizada después de que empiece el encuella miento

6.6 El Ensayo De Dureza: Su Naturaleza Y Uso

El ensayo de dureza mide la resistencia de la superficie de un material a la penetración por un objeto duro. Se han inventado una diversidad de pruebas de dureza, pero las de uso más común son los ensayos Rockwell y Brinell.

En el ensayo de dureza Brinell, una esfera de acero duro se oprime sobre la superficie del material.

Se mide el diámetro de la impresión generada, comúnmente de 2 a 6 mm, y se calcula el numero de dureza o índice de dureza Brinell a partir de la ecuación siguiente

HB = F / (Pi/2) D (-vD2-D2)'

Donde F es la carga aplicada en kg

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