introducciÓn al comportamiento mecÁnico de materiales

INTRODUCCIÓN AL COMPORTAMIENTO

MECÁNICO DE MATERIALES

Propiedades

Tenacidad(una forma de entenderla)

Propiedades Mecánicas

Diagrama tensión vs. deformación

Deformacióne (%)

Tensión (MPa)

Resistencia yPlasticidad

def

orm

aci

ón

(tensión)

(tensión)

Material

Deformación PlásticaDeformación Elástica

Propiedades Mecánicas

Tensión (MPa)

Diagrama tensión vs. deformaciónResistencia yPlasticidad

Ensayo de Tracción Uniaxial

Objetivo: Determinar propiedades mecánicas estáticas de materiales solicitados en tracción.

Ensayo de tracción

Máquina Universal de Ensayos

Límite de Fluencia

Valores a Reportar

• Límite de Fluencia sy (MPa)

• Resistencia a la tracción sET (MPa)

• Módulo de elasticidad E (GPa)

• Deformación ingenieril a rotura er (%)• Reducción de área a rotura Ar (%)

Efecto de la Temperatura

Tipos de Fractura

Fractura dúctil: copa y cono Fractura frágil

Fractura Copa y Cono

Fractura Dúctil

Comportamiento Mecánico- Cerámicos

Módulo de Rotura - Cerámicos

Comportamiento Mecánico- Polímeros

Dureza

Dureza

Ensayo No destructivo

Se evalúa la resistencia de un material a ser indentado por otro.

• Se aplica una carga a un penetrador sobre el material que se quiere caracterizar y se mide el tamaño de la huella. Máquina se llama durómetro

Los indentadores pueden ser Esferas Pirámides Conos• Se puede estimar la resistencia a la tracción.

Algunas de las escalas más empleadas son:

• HBN (Hardness Brinell Number)

• HRA, HRB, HRC, .. (Hardness Rockwell series A, B, C, ...)

• HVN (Hardness Vickers Number)• HK (Hardness Knoop)

Ensayo BRINELL

Indentador: Esfera de 10mm de acero con carburo de

tungsteno.Carga: 3000kg

HBN =

Donde:P: cargaD: diámetro de las esferad: diámetro de la impronta

Ensayo ROCKWELL A, C, D (HRA, HRC, HRD)

Indentador: Cono de diamante.

Cargas: PA = 60 Kg PC = 150 KgPB = 100 Kg

Formula: HRA, HRC, HRD = 100 - 500t

Ensayo VICKERS

Indentador: Pirámide de diamante

• HVN = 1,854

Durómetros

INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE LA FRACTURA

Objetivo: Estudiar el comportamiento de los materiales cuando se encuentra sometido a un estado de tensiones en presencia de defectos

Un caso clásico de fractura rápida (frágil). Tanker T-2 USS Schenectady, con la nave en puerto, amarrada

y descargada.

Triaxialidad- Concentración de tensiones

Las discontinuidades (defectos) planares se caracterizan por ser eficaces concentradores de tensión. La concentración de líneas de fuerza en los extremos del defecto de la figura ilustra este concepto

Concentración de Tensiones

Factor de concentración de tensiones

Kt=smax/ s n = 1 + 2 (a/r)1/2

El enlace AB puede estirarse más que el CD sólo si existe un estiramiento (y por lo tanto una tensión de tracción), según los enlaces AC y BD. La existencia de la fisura crea no sólo una elevada tensión en la dirección y, sino también una tensión de tracción en la dirección de x. Un razonamiento análogo nos conduce a la existencia de una tensión de tracción en la dirección del espesor. Existe entonces un estado de triaxialidad de tensiones en el vértice de una fisura o entalla severa.

Ensayo de Impacto

-Alta velocidad de deformación

- Estado triaxial de tensiones

- Efecto de la temperatura

CURVAS TIPICAS DE TRANSICION DUCTIL-FRAGIL INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DE

APLICACIÓN DE LA CARGA

ENERGIAS ABSORBIDAS PARA DISTINTOS MATERIALES EN FUNCION DE LA

TEMPERATURA

EXPANSION LATERAL EN PROBETAS CHARPY

PORCENTAJE DE CRISTALINIDAD EN PROBETAS CHARPY

La fractura dúctil se produce por rotura plástica de los ligamentos entre partículas

La fractura frágil se produce por separación de planos atómicos bajo tensiones normales

Criterio de Griffith (1921)

• Condiciones– Placa Infinita– Espesor unitario– Fisura elíptica– Material elástico

Lineal– Longitud fisura 2a– Control de

desplazamiento

Mecánica de Fractura Lineal Elástica

ENSAYO DE PROBETAS DE FLEXION EN TRES PUNTOS (SENB) Y DE PROBETA COMPACTA (CT) INSTRUMENTADAS CON CLIP GAUGES

Fractotenacidad

Introducción a la Fatiga

Objetivo: Estudio de la nucleación y crecimiento estable de fisuras con cargas cíclicas

Superficie de fractura

Curvas de WholerFatiga de Alto Ciclo (HCF), controlada por tensión Ec. Basquin: Nf a

n = A

Ley de Paris:

da/dN=C DKm

Crecimiento de una

fisura por fatiga

(estado II)

Nucleación y crecimiento de fisuras por fatiga

Fractografía SEM

Estrías en Ti

Introducción al Creep

Objetivo: estudio de los mecanismos de deformación actuantes a alta temperatura, a carga constante

Resistencia vs. Temperatura

Ensayos de creep

Carga constante a una barra en tracción o compresión a la temperatura de interés. (Norma ASTM E-139)

La tensión verdadera no se mantiene constante

CreepDeformación plástica de los materiales en función del tiempo, temperatura y velocidad de deformación a tensión constante

Velocidad de deformación vs. Deformación

Tiempo a rupturaEl parámetro usualmente empleado para caracterizar la resistencia al creep de materiales metálicos en ensayos de corta duración (1000 hs o menos) es el tiempo a ruptura tr, para una dada tensión ingenieril y temperatura.

En un ensayo de tensión verdadera constante la etapa III difiere notablemente respecto de un ensayo a carga constante (2000-10000 hs o más). En estos ensayos el parámetro más importante es la velocidad de deformación estacionaria mínima

Mecanismos de Deformación

Creep vs Oxidación

Superplasticidad

Efecto de la velocidad de deformación y tamaño de grano

Deformación a rotura (Hasta 8000%)

Oxidación

Corrosión

Curva de polarización anódica

Reacciones anódicas

Reacciones catódicas

Desgaste

PVolumen

S, distancia (m)

v

Area, A

P1

P2

W = KA A P

Desgaste es la pérdida de material de las superficies deslizantes. La resistencia al desgaste es medida por intermedio de la constante Archard de desgaste KA