2-ciencia-materiales

8/14/2019 2-ciencia-materiales

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F-22


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bb


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World's Largest Cargo Ship. Get a

load of this ship! 15,000 containers

And a 207' beam. And look at the

crew size (13) for a ship longer thana US aircraft carrier which has a

complement of 5,000 men and

officers.


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Materiales para ingenieria

metales polmeros cermicos compuestos

ferrosos noferrosos termoplsticos termoestable elastomero

amorfos

acerosacero inoxidable

acero paraherramientas

fundicin

aluminiocobretitaniootros

acrilicoabs

naylonpolietileno

pvc

otros

EpoxidosPenolicos

Polidaminasotros

HuleSilicones

poliuretano

SilicatosCarbonatos

circones

Matrices de:

metal,polimeros,ceramicosreforzados

con:particulas,

fibras olaminas


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Auto Mater ial Content

0 10 20 30 40 50 60

Mild Steel

High Strength Steel

Stainless Steel

Cast Iron

Aluminum

Plastics/Composites

% Curb Weight

1999

1985

1978

Tipo y peso de materiales usados en un auto


18/156 Microscopio electrnico


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Difraccin de rayos XEl fenmeno de difraccin ocurre cuando unaonda encuentra una serie de obstculos

espaciado regularmente, que: (1) son capaces dedispersar la onda y (2) el espaciado entre ellos escomparable en magnitud a la longitud de onda.


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Difraccin de rayos XPatrn de difraccin segn orden de la

materia


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Difraccin de rayos XInteraccin de rayos X con un grupo de tomo ordenado


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Valbulas de superaleacin TiAl


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Una gota de nquel-zirconio de 3 mm, calentada hastasu incandescencia, flota entre placas cargadas de

electricidad y dentro de la cmara al vaco del

Levitador Electrosttico.
http://ciencia.nasa.gov/headlines/images/ESLstory/hot_drop.jpg


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El componente principal del ESL es la cmara al vaco.

(derecha) Esta contiene un par de platas electrostticas ycuatro electrodos que colocan en posicin la muestra enproceso (Izquierda). La posicin de la muestra se determinapor la sombra que proyecta sobre detectores mientras doslsers envan rayos de luz en ngulo recto a travs de lacmara al vaco y sobre la muestra.
http://ciencia.nasa.gov/headlines/images/ESLstory/esl_int.jpghttp://ciencia.nasa.gov/headlines/images/ESLstory/esl_core.jpg


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Tabla peridica de los elementos qumicos


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Estructuras de los metales


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tomo (distr ibucin de electrones)


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http://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2009/11/plasma-el-cuarto-estado-de-la-materia.htmlhttp://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2009/11/plasma-el-cuarto-estado-de-la-materia.htmlhttp://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2009/11/plasma-el-cuarto-estado-de-la-materia.htmlhttp://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2009/11/plasma-el-cuarto-estado-de-la-materia.htmlhttp://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2009/11/plasma-el-cuarto-estado-de-la-materia.html


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Como cuarto estado? Es que noexisten tres estados? Existe el gas, ellquido y el slido...existen mas estados?Pues si que existen, y adems uno deellos es el estado mas abundante en eluniverso: el plasma. Existe todava un

quinto, un sexto, y. estadosde la materia:,predichos por Bose yEinstein en 1924, realizados en ellaboratorio durante el ao 1995 por EricCornell, Wolfgan Ketterle y Carl Wieman.

Ganadores stos del Nobel en el 2001,pudieron enfriar tomos hasta casidejarlos inmviles. ste nuevo estadoposeen propiedades que otros estados noposeen como la superconductividad y la

superfluidez

Plasma,el cuarto estado de la materia
http://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2009/11/plasma-el-cuarto-estado-de-la-materia.htmlhttp://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2009/11/plasma-el-cuarto-estado-de-la-materia.htmlhttp://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2009/11/plasma-el-cuarto-estado-de-la-materia.htmlhttp://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2009/11/plasma-el-cuarto-estado-de-la-materia.htmlhttp://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2009/11/plasma-el-cuarto-estado-de-la-materia.htmlhttp://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2009/11/plasma-el-cuarto-estado-de-la-materia.htmlhttp://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2009/11/plasma-el-cuarto-estado-de-la-materia.htmlhttp://4.bp.blogspot.com/_rQ7K_lauh44/SwmmRkZShFI/AAAAAAAAAHQ/a9Mu8O4GOiU/s1600/Electric-Evening-Lightning-1.jpg


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Hablamos todos los das de televisoresde plasma, pero que es el plasma?

El plasma es gas que debido a unacorriente elctrica elevada o a muchatemperatura ha sido capaz de perder unelectrn, formndose a la vez unaespecie cargada positivamente o catin.Entonces, porque no se le llama gas

cargado, simplemente? porque poseepropiedades fsicas diferentes, porejemplo conduce la electricidad de unamanera espectacular


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Estructura de los tomos


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Uniones de los tomos

Uniones primarias: Metlicas

Inicas Covalentes

Uniones secundarias:

-Fuerzas de Van der Walls (unioneselctricas o polares)

U i t i tli


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Uniones atmicas metlicas


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Modelo descriptivo del enlace metlico. Los iones positivos del metalforman una red que se mantiene unida gracias a la nube de electrones

que los

envuelven.


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Uniones inicas

U i i i / l t d l l i (Al O )


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53

Unin inica/covalente de la alumina (Al2O3)


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cedencia deelectrones en la

ultima orbita

compartimiento de electrones


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Tipos de Enlaces Covalentes:

Enlace covalente doble:

Enlace covalente triple:

Enlace covalente simple


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METALES

Julio Aguilar

Modelo del paso del estado lquido al estado slido de los metales


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Di m s d f s s


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Diagramas de fases

CURVA DE CALENTAMIENTOEs un representacin del cambio de T frente al calor aadido

Calor aadido (cada divisin corresponde a 4 kJ)

Hielo

Hielo y agua liq (fusin)

Agua lquida

Agua lquida y vapor

(vaporizacin)

Vapor de agua

E ilib i l id


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Equilibrio lquido-vapor

Presin de vapor

Molculas en estado vaporMolculas que pasan a vapor (se vaporizan)Molculas que pasan al lquido (se condensan)

P i d d d l l id


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Propiedades de los lquidos

Comparacin molecular entre slidos y lquidos

GASES

-Desorden total-Partculas tienen completalibertad de movimiento.-Partculas tienden a estaralejadas entre si- Forma y volumenindeterminado.

LQUIDOS

-Menor desorden-Partculas tienenmovimiento relativo entre si-Partculas tienen mayorcohesin (juntas)- Forma determinada alrecipiente que los contiene

SLIDOS

-Orden-Partculas fijas en unaposicin determinada.-Partculas unidas entre si- Forma y volumendeterminado

Calentar

Enfriar

Calentar oreducirpresin

Enfriar ocomprimir

Cambios de fases


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Cambios de fases

SolidificacinFusin

CondensacinVaporizacin

Sublimacin Deposicin

Slido

Gas

lquido

ENERGIA

E t t i t li


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Estructuras cristalinas

N de coordinacin

Hexagonal compacto Cbico compacto

E t t i t li


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Tipos de huecos

Huecos octadricos

Huecos tetradricos

Huecotrigonal



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+ =



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Celdas unidad en el sistema cristalino cbico

Cbica sencilla Cbicacentrada en el

cuerpo

Cbicacentrada en

las caras



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Cbico centrado en el cuerpo, CC (CCF)


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Cubico centrado en las caras



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Empaquetamiento hexagonal compacto


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Quantitative Determination und Modelling of the Mg-alloy texture


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new anisotropyfunction within MICRESS simulated dendritic structure

Symmetrie of crystal ladder

c/a = 1.62

Hexagonal Anisotropy of Magnesium

Estructuras cristalinas de elementos metlicos a 25C y 1atm


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Universidad de Atacama Departamento de Metalurgia

Estructuras cristalinas de elementos metlicos a 25 C y 1atm

Estructura cristalina Elemento

Hexagonal compacta Be, Cd, Co, Mg, Ti, Zn

Cbica compacta Ag, Al, Au, Ca, Cu, Ni, Pb, Pt

Cbica centrada en el cuerpo Ba, Cr, Fe, W, alcalinos

Cbica-primitiva Po

Las celdas unitarias no actan de forma


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independiente, cada tomo en cada arista escompartido por el tomo de las aristas de cada

celdas unitarias adyacente.

1/8x8=1


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Nmero de tomos equivalentes por celda


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Si consideramos que cada punto de la red coincide con

un tomo, cada tipo de celda tendr un nmero detomos que se contarn de la siguiente forma:

tomos ubicados en las esquinas aportarn con 1/8

de tomo, ya que ese tomo es compartido por 8celdas que constituyen la red.

tomos ubicados en las caras de las celdas aportarn

con de tomo, ya ese tomo es compartido por 2celdas que constituyen la red.

tomos que estn en el interior de las celdas aportan

1 tomo.


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Cbica Centrada en el Cuerpo (BCC)


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Ejemplos: Fe, Cr, Mo, W, Ta, Ba

N de coordinacin:8

tomos por celda: 8 aristas*1/8 + 1centro =2

Relacin entre la longitud de arista y el radio del tomo:

b2=a2+a2

c2=a2+b2=3ac= 4r =(3a2)1/2


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Celdas unitarias BCC: a) de posiciones atmicas, b) de esferas rgidas y c) aislada.

N d di i


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Nmero de coordinacin

El nmero de coordinacin es la cantidad de tomos que tocan a determinado

tomo (cantidad de vecinos ms cercanos a un tomo en particular)

N coordinacin CS = 6 N coordinacin BCC = 8


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Cbica Centrada en las Caras (FCC)

N de coordinacin:12

tomos por celda: 8 aristas*1/8 + 6caras*1/2=4Relacin entre la longitud de arista y el

radio del tomo: (4r) 2=a2+a2

Eficacia del empaquetamiento: 74%


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Celdas unitarias FCC: a) de posiciones atmicas, b) de esferas rgidas y c) aislada.

Estructura Cbica Centrada en las caras


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Hexagonal Compacta (HC)


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Ejemplos: Be, Mg, Zn, Cd, Ti

N de coordinacin:12

tomos por celda:

12 vrticesx1/6 +2 carasx1/2 +3centro=6tomosEficacia del empaquetamiento: 74%

Parmetros: a = ancho del hexgono

c= altura; distancia entre dos planos


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Estructura cristalina HCP: a) esquema de la estructura cristalina, b)modelo de esfera dura y c) esquema de celda unitaria aislada


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Estructuras de los metales


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Curva de distancia entre tomos en estructuras cristalinas


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Ejemplo de una estructura cristalina

Ordenamiento regular de tomos

Distancia atomica 2X10 Significa 20,000,000 de tomos en un

milimetro

-10

Planos de deslizamiento


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Planos de deslizamiento

48

12


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Red cbica cen trada (BCC)

N de tomos: 2Propiedades: materialesresistentes ala deformacinFe, Ti, W, Mo, Nb,

Ta, K, Na, V, Cr, ZrF. empaq: 0,68

R d bi t d


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Red cbic a centrada en caras

(FCC)

N de tomos: 4Propiedades: sedeforman mejorque BCCFe, Cu, Al, Au, Ag,

Pb, Ni, PtF. empaq: 0,74


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Red hexagonal compacta (HC)

N de tomos: 6Propiedades: pocodeformablesTi, Mg, Zn, Be, Co,

Zr, CdF. empaq: 0,74

Planos de deslizamiento de


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diferentes cristales


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Planos cristalogrficos

Planos cristalogrficosNota: una famlia de planos, como porejemplo(111), (111), (111), (111), (111),(111), (111) y (111) es representadapor {111}


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Defectos puntuales


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Defectos puntualesa) Substitucin

b) Solucin slida intersticial

c) Vacancia

d) Difucin intersticial


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Difusin de tomos en estructuras cristalinas


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DifusinEtapas de difusin de tomos deCu en Ni entre una lamina de Cuy una lamina de Ni. A alta

temperatura los tomos de Nise difunden en forma gradual porel Cu y los de cu migran al Ni

Difusin de tomos en la superficie de un material


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us de to os e a supe c e de u ate a

Difusin de tomos


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Difusin de tomos


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Vacante Defecto Intersticial Impurezas o reemplazamientos

Solucin slida porsustitucin de Cobre y

Nquel

Impurezas intersticialesde Carbn en hierro

Defecto Frenkel Defecto SchottkyDefecto por reemplazamiento poriones de diferente carga

Defectos puntuales en la estructura cristalinade un metal


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de un metal

Defectos de planos


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Defomacin plstica


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CORRIMIENTO DE PLANOS EN LADISLOCACIN


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MicrofotografaFeO


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Dislocacin de cua

Dislocacin helicoidal

Dislocacin helicoidal


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Deformacin plstica de Latn (fcc)a) Inicio de la deformacin. Lneas de deslizamiento en algunos granosb) Aparicin de otros sistemas de deslizamiento al aumentar la deformacinc) Quiebre de las lneas de deslizamiento al atravesar maclas de recocido.

d) Detalle de deslizamiento cruzado


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Deslizamiento de planos


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Al i i


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Aleaciones con memoria

La mayora de los metales inician sudeformacin plstica a partir de 0.2% de

elongacin a la tensin, las aleaciones conmemoria pueden ser deformadas hasta un 5%antes de la deformacin plstica.

NiTi

CuZnAl CuAlNi

PROPIEDADES COMPARATIVAS DE VARIASALEACIONES CON MEMORIA DE FORMA


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Aleaciones con memoria


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Esquematizacin del efecto memoria deforma doble sentido asistido (EMDSA).


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NITINOL

La Transformacin Martensitica


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Transformaciones por desplazamiento,tomos se reordenan para llegar a una

estructura mas estable. No cambia la naturaleza qumica.

Son independientes del tiempo.

De austenita a martensita.


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Representacin hipottica de los cambios en las propiedades vs.Temperatura en una transformacin martensitica de una aleacin

con memoria de forma. La fase austenita se representa por unretculo cuadrado y la martensitica por uno rombito Se marcan


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retculo cuadrado, y la martensitica por uno rombito. Se marcanen el las temperaturas caractersticas.

Aleaciones con Memoria (NITI)


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( )

PROPIEDADES MECANICAS - Sufren def. entre 8 y 10%, son relativamente estables frente a las

aplicaciones ciclicas, tienen buena resistividad electrica y a lacorrosion

Tabla 3.1. Comparacin de la aleacin NiTi contra un acero inoxidableAISI316. A y M significan austenita y martensita respectivamente; f.ase refiere al termino totalmente recocido y w.h trabajado en fro.

Esquema que ejemplifica como una barra de unaaleacin con Memoria de Forma sufre unatransformacin de fase y RECUERDA su forma


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transformacin de fase y RECUERDA su formaoriginal.

APLICACIONES


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Diferencias en formas en elementos con Memoria deForma a baja (azul)y alta temperatura (rojo).

Los alambres superelsticos han encontrado un ampliouso en la ortodoncia . La diferencia entre estos

l t l b l l d f i


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elementos y un alambre normal es la gran deformacinelstica combinada con un bajo esfuerzo obtenible en el

alambre con EMF. Las ventajas para el paciente sondobles: Menor nmero de visitas al ortodoncista

debido al fcil ajuste elstico,

Mayor confort debido a bajos niveles de esfuerzos.

Defectos puntuales


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Prueba a la tensin


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Vista de los planos de deslizamiento en la probeta


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Ejemplo de prueba de esfuerzo a la tensin


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RUPTURA


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Propiedades mecnicas

UTS Elongation

Curva de carga-deformacin de los metales


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Curva de carga-deformacin de aleaciones metlicas


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Detalles de 0.2% para un acero laminado(0.3% de carbn)


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Curvas de carga-deformacin de aceros deconstruccin


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Stress Strain Curve for HS Aluminum

Construccin de una curva esfuerzo-deformacin


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0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

Strain

Stress

E = 40000/ .004 = 10 million psi

s (yield) = 68,000 psi

Tensile Strength = 80,000 fracture Strength = 78,000 psi

Fracture Strain = 0.067

Prueba a la ruptura de materiales fragiles


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Ruptura de materiales metlicos frgiles


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Comparacin de carga-deformacin de Metales,Ceramicos, Polmeros y Elastomeros


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Falla por fatiga en aceros


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Crackorigin

Fast

fracture

Fatiguestriations

Origenes comunes en fractura por fatiga


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Mecansmo de crecimiento de fractura por fatiga


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Valores de constantes crticas


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