resumen ciencia de materiales

8/2/2019 Resumen Ciencia de Materiales

1/8

Propiedades y Comportamiento Mecnico

- Deformacin Unitaria.- cambio de dimensin por unidad de longitud. Puede ser:- Elstica:

Restaurable debido a un esfuerzo aplicado en forma instantnea.

Desaparece cuando se retira la fuerza.

No hay deformacin permanente, regresa a su forma original.

- Plstica:Cuando se quita el esfuerzo, el material no regresa a su forma original.

- Ensayo de Tensin.- mide la resistencia de un material a una fuerza esttica o aplicadalentamente. De este ensayo se obtienen propiedades:

-

Resistencia de Cedencia.- al aumentar el esfuerzo aplicado, el material comienza adeformarse, al final cede al esfuerzo aplicado. El lmite elstico es el valor

necesario para iniciar la deformacin plstica.

- Resistencia a la Tensin.- esfuerzo obtenido con la mxima fuerza aplicada. Ladeformacin de cuello es una deformacin local (ms que otras).

- Ductilidad.- mide la cantidad de deformacin que puede resistir un material sinromperse. Depende de la tensin y de la velocidad de deformacin.

- Efecto de la Temperatura.- las propiedades mecnicas (resistencia a la Cedencia,tensin, mdulo de elasticidad) disminuyen cuando las temperaturas son

mayores. La ductilidad aumenta.

Trabajo en Caliente.- consiste en deformar un material a alta temperatura.Aprovechar la mayor ductilidad y el menor esfuerzo necesarios.

- Esfuerzo Real y Deformacin Real.- las curvas son iguales hasta el punto de cedencia.El esfuerzo real contina aumentando despus de la deformacin de cuello porque la

carga necesaria disminuye an ms. Cuando se rebasa la resistencia de cedencia el

material se deforma.

- Ensayo de Flexin.- El esfuerzo ingenieril mximo es la resistencia del material a latensin.

- La falla se presenta a un esfuerzo menor, en materiales frgiles no se puede hacerensayo de tensin por las imperfecciones en la superficie.

- Se aplica la carga en tres puntos, se produce un esfuerzo de tensin en un puntoopuesto al de aplicacin; la fractura comienza ah.

- Se grfica el esfuerzo en funcin de la flexin.


2/8

- Ensayo de Dureza.- mide la resistencia de la superficie de un material a la penetracin deun objeto duro. Tenemos dos ensayos.

- Ensayo de Brinell.- se comprime una esfera de acero duro, por lo general de 10milmetros de dimetro contra la superficie del material. Luego se mide el

dimetro de impresin (2-6 milmetros) y se calcula el nmero de dureza (HB).

- Ensayo de Rockwell.- usa una bola de acero de pequeo dimetro, para materialesblandos y un cono o indentador de diamante, para los materiales ms duros.

La mquina mide automticamente la profundidad de penetracin, que se

convierte en un nmero de dureza Rockwell (HR), que es el ms utilizado.

- Efectos de la Velocidad de Deformacin y Comportamiento al Impacto.- cuando unmaterial se sujeta a un golpe repentino y violento (velocidad de deformacin rpida) se

puede comportar como una fuerza ms frgil a la observada en el ensayo de tensin.

El ensayo de impacto se usa para evaluar la fragilidad bajo esas condiciones.

- El Ensayo de Izod se usa frecuentemente en materiales plsticos (muescaopcional). La energa de impacto (diferencia de energa potencial) es la energa

absorbida cuando el material fall. La tenacidad al impacto es la capacidad para

resistir el impacto de un golpe.

- La diferencia con el ensayo de tensin est en que las velocidades de deformacinson menores a las de impacto. Adems, en el ensayo de impacto se manejan

materiales con muesca.

- La tenacidad a la fractura es la capacidad para resistir una carga aplicada (materialcon imperfecciones).

Del ensayo de impacto, se obtienen las siguientes propiedades:

- Temperatura de Transicin.- el modo de fractura en un material cambia de dctil afrgil.

- Sensibilidad a la muesca.- la muesca reduce la tenacidad del material, se evalacomparando la energa absorbida con y sin muesca.

- Mecnica de la Fractura.- se ocupa del comportamiento de los materiales que contienengrietas u otras imperfecciones (agujeros de no nivel atmico), lo que se desea conocer es

el esfuerzo mximo que puede resistir un material.

- Tenacidad a la Fractura.- depende del espesor de la muestra; al aumentar elgrosor, la tenacidad a la fractura disminuye hasta un valor constante (tenacidad a

la fractura en deformacin lana KIC).

- La capacidad de un material para resistir al crecimiento de una grieta depende defactores, tales como:

1. Imperfecciones ms grandes reducen el esfuerzo admisible.2. La capacidad de un material para deformarse es determinante.


3/8

3. Piezas ms gruesas y rgidas de un material tienen menor tenacidad a lafractura que los materiales delgados.

4. A mayor rapidez de aplicacin de la carga (ensayo de impacto), menortenacidad a la fractura.

5. A mayor temperatura, mayor tenacidad a la fractura (igual al ensayo deimpacto).

6. El tamao de grano pequeo mejora la tenacidad a la fractura. Con msdefectos y dislocaciones, menor es la tenacidad a la fractura.

7. En materiales cermicos, las transformaciones inducidas por esfuerzosproducen esfuerzos de compresin, para mayor tenacidad a la fractura.

- Fractura Frgil.- toda grieta o imperfeccin limita la capacidad de un cermicopara resistir a un esfuerzo o a la tensin. Los cermicos suelen tener muy buenas

propiedades a la compresin (el tamao de las imperfecciones es determinante).

- Propiedades Microestructurales de la fractura en Materiales Metlicos.-- Fractura Dctil.- se produce a travs de los granos en metales dctiles y tenaces

(se observa una deformacin apreciable antes de la fractura final).

La deformacin por deslizamiento contribuye a la fractura dctil de un metal y

tiene lugar cuando el esfuerzo cortante resuelto llega a su valor crtico y los

esfuerzos cortantes son mximos.

- Fractura Frgil.- sucede en metales y aleaciones de alta resistencia o con malaductilidad y tenacidad; se observa con frecuencia cuando es el impacto y no la

sobrecarga lo que causa la falla.

- Propiedades Microestructurales de la fractura en Cermicos y Vidrios.- en cermicos, losenlaces inicos o covalentes casi no permiten deslizamiento, la falla es resultado de la

fractura frgil al igual que los vidrios.

- Fatiga.- disminucin de la resistenciade un material debido aesfuerzos repetitivos, quepueden ser mayores o menores que la resistencia de cedencia. La fatiga se produce as:

- Aparece una grieta diminuta en la superficie.- Se propaga en forma gradual.- Se produce la fractura repentina (cuando la longitud de la grieta rebasa un valor

crtico con el esfuerzo aplicado).

Para que haya fatiga, parte del esfuerzo debe ser de tensin. El mtodo convencional para

analizar la fatiga es el ensayo de viga rotatorio en voladizo.


4/8

Endurecimiento por Deformacin y Recocido

- Endurecimiento por deformacin.- produce aumento de densidad en dislocaciones,adems aumenta la resistencia del material y en vidrios inorgnicos y cermicos no

responde bien.

- Esfuerzo de Fluencia.- necesario para iniciar el flujo plstico en el material ya deformado.

- Trabajo en Fro.- consiste en aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cedenciaoriginal. El material metlico se deforma. Tenemos clases de trabajo en fro:

- Laminado.- usado para producir placas, lminas u hojas de metal.-

Forjado.- deforma el metal en la cavidad de una matriz, se consigue con estetrabajo por ejemplo, cigeales y bielas de autos.

- Extrusin.- el material se empuja a travs de un dado para obtener productos conseccin transversal uniforme tales como varillas, tubos, molduras de puertas y

ventanas.

- Estampado Profundo.- con este proceso se consigue productos como el cuerpo delas latas de aluminio.

- El trabajo en fro es una forma eficaz de moldear materiales, al mismo tiempo seaumenta su resistencia, pero, se pierde ductilidad.

- Si se controla la cantidad de deformacin plstica, se controla el endurecimientopor deformacin.

- Hay una cantidad mxima de trabajo en fro que se puede hacer en un metal antesde que se vuelva demasiado frgil y se rompa.

- Se produce con frecuencia una microestructura formada por granos alargados endireccin del esfuerzo aplicado.

- Endurecimiento por Textura.- es el desarrollo de anisotropa o de una textura, cuantomayor sea la cantidad de trabajo en fro, mayor ser la cantidad total de energa interna

del material.

- Esfuerzo Residual.- el esfuerzo residual aumenta la cantidad total de la estructura,corresponde al 10% del esfuerzo aplicado. Este esfuerzo, puede ser benfico si se controla

en forma adecuada.


5/8

- Caractersticas del Trabajo en Fro.-- A travs del trabajo en fro se puede obtener la forma ideal deseada del material

con acabados superficiales excelentes.

- Es el mtodo poco costoso que sirve para producir grandes cantidades de artespequeas, adems de que se pueden usar materias primas de menor costo.

- Perjudica la ductilidad, la conductividad elctrica y resistencia a la corrosin.- Fortalece materiales conductores como alambres de cobre.- Causa algunos efectos que no se desean.- Se puede suponer que cualquier tratamiento para reordenar las dislocaciones

podra comenzar a deshacer los efectos del trabajo en fro.

- Recocido.- es el tratamiento trmico que sirve para eliminar algunos o todos los efectosdel trabajo en fro. El recocido se puede usar a baja temperatura, para eliminar los

esfuerzos residuales sin afectar las propiedades mecnicas de la parte terminada.

Adems el recocido se puede usar para eliminar el endurecimiento por deformacin por

completo. Despus de cocer, se restituye la ductilidad.

- Recuperacin o Recocido de eliminacin de esfuerzos.-- La microestructura original con trabajo en fro se compone de granos deformados

que contienen una gran cantidad de dislocaciones enredadas.

- Es el tratamiento a baja temperatura que elimina los esfuerzos residuales sincausar un cambio en la densidad de las dislocaciones.

- Restablece la alta conductividad elctrica al metal (alambre de cobre).- Mejora con frecuencia la resistencia del material a la corrosin.

- Recristalizacin.- se reduce la cantidad de dislocaciones, el metal recristalizado tiene bajaresistencia pero gran ductilidad.

- Temperatura de Recristalizacin.-define el lmite entre el trabajo en fro y eltrabajo en caliente. No es una temperatura fija, como la de fusin de algunos

elementos.

- Crecimiento de Grano.- a temperatura de recocido mayor, la recuperacin y laRecristalizacin se efectan con rapidez y se produce una estructura granular fina.

- Si la temperatura es suficientemente alta, los granos comienzan a crecer. Losgranos favorecidos consumen a los ms pequeos.

- Se reduce el rea de los lmites de grano.- Se efecta si se somete a una temperatura suficientemente alta, no se relaciona

con el trabajo en fro.


6/8

- No es necesario recuperacin ni Recristalizacin para que haya tamao de grano.- En algunos casos:

1. A +0.6 veces la temperatura de fusin en grados kelvin, puede suceder eltrabajo en caliente y,

2. A - 0.3 veces la temperatura de fusin en grados kelvin, puede suceder eltrabajo en fro.

- Si se aumenta el trabajo en fro inicial, disminuye el tamao final del grano.

- Trabajo en Caliente.-- Un metal se puede deformar para obtener una forma til.- El material se recristaliza en forma continua.- Si se controla bien la temperatura de trabajo en caliente, el tamao final del grano

es pequeo.

- No hay endurecimiento, la cantidad de deformacin plstica es limitada.- El trabajo en caliente es adecuado para moldear partes grandes porque el metal

tiene baja resistencia de cedencia y gran ductilidad a temperaturas elevadas.

- Algunas imperfecciones en el material original se pueden eliminar con el trabajoen caliente.

- Las propiedades finales en las partes trabajadas no son isotrpicas.- El acabado superficial es ms pobre, es difcil controlar dimensiones.- Se debe tener un control de temperatura exacto para obtener dimensiones

exactas.


7/8

Soluciones Slidas y Equilibrio de Fases

- Una fase es una forma nica en la que existe un material.- A partir del diagrama de fases, podemos predecir cmo se solidificar un material bajo

condiciones de equilibrio.

- Una aleacin es un material que posee propiedades metlicas formado por varioelementos.

- Fase.- toda porcin, que puede incluir a la totalidad de un sistema, fsicamentehomognea dentro de s misma y limitada por una superficie, mecnicamente separable

de cualquier otra porcin. Caractersticas:

- Misma estructura o arreglo atmico en su interior.-

Misma composicin y propiedades en su interior.- Interfaz definida entre sta y las fases que la rodean o estn adjuntas.- Agua y alcohol: solubilidad ilimitada, solubles entre s, se produce una sola fase

cuando se mezclan.

- Sal y agua: solubilidad limitada.- Aceite y agua: no tienen solubilidad.

- Regla de las Fases.- ; donde:

- C es la cantidad de componentes qumicamente independientes.- F es la cantidad de grados de libertad o de variables (temperatura, presin, etc.).- P es la cantidad de fases.

- Solubilidad y Soluciones Slidas.- es bueno conocer cunto de cada material ocomponente se puede combinar sin producir una fase adicional.

- Solubilidad Ilimitada.- misma composicin y propiedades en todos sus puntos. Unasolucin slida no es una mezcla; una mezcla contiene ms de una clase de fase

cuyas caractersticas se mantienen cuando se forma la mezcla. Los componentes

de una solucin slida se disuelven por completo entre s y no retienen sus

caractersticas individuales. Se pueden formar usando ms de dos componentes o

elementos.


8/8

Deben presentarse ciertas condiciones, factor tamao, estructura cristalina,

valencia y electronegatividad.

- Solubilidad Limitada.- Cuando se rebasa el lmite de solubilidad, coexisten dos oms fases. Se pueden formar por mecanismos sustitucionales o intersticiales.

No se necesita un 100% de solucin slida para formar soluciones slidas.

Adems, puede no existir nada de solubilidad entre un material y otro, pero

pueden dispersarse uno en otro.

- Endurecimiento por Solucin Slida.- efecto de la formacin de solucin slida, lo causa lamayor resistencia al movimiento de dislocaciones.

- Efecto del Reforzamiento por Solucin Slida.-- La resistencia a la cedencia, tensin y dureza de la aleacin son mayores a la de los

metales puros.

- La ductilidad de la aleacin es menor que la del metal puro.- La conductividad elctrica de la aleacin es menor que la del metal puro.- La resistencia a la termofluencia (prdida de resistencia a temperaturas elevadas)

mejora con el reforzamiento por solucin slida.

- Diagramas de fase ISOMORFO.- slo se forma una fase slida; los dos componentes en elsistema muestran una solubilidad slida completa.

- Ternario.- sistemas constituidos por tres componentes.- Pseudobinario.- equilibrio entre tres o ms componentes usando dos compuestos.

- Temperatura.-- Liquidus.- arriba de la cual un material es totalmente lquido.- Solidus.- debajo de la cual, la aleacin es 100% slida.- Intervalo de Solidificacin.- coexisten dos fases, liquidus y solidus.

- Composicin de cada Fase.- el elemento de mayor punto de fusin se concentra en elprimer slido que se forma.

(para presin constante).

resumen ciencia de materiales

Documents