Nombre del estudiante: Juan Gabriel Almaraz Garduño

Nombre del trabajo: Propiedades Mecánicas de los

Materiales

Fecha de entrega: 9 de Mayo de 2015

Campus: Cumbres

Carrera: Ingeniería Industrial y de

Sistemas

Materia: Procesos de Manufactura

Nombre del maestro: Ing. Juan Antonio Domínguez Sánchez

PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES

Esfuerzo de Tensión

Es aquel que tiende a estirar el miembro y romper el material. Donde las fuerzas que actúan sobre el mismo tienen la misma dirección, magnitud y sentidos opuestos hacia fuera del material.

Esfuerzo de compresión:

Es aquel que tiende aplastar el material del miembro de carga y acortar al miembro en sí. Donde las fuerzas que actúan sobre el mismo tienen la misma dirección, magnitud y sentidos opuestos hacia dentro del material.

Esfuerzo cortante:

Este tipo de esfuerzo busca cortar el elemento, esta fuerza actúa de forma tangencial al área de corte.

Esfuerzo a tracción

La intensidad de la fuerza (o sea, la fuerza por área unitaria) se llama esfuerzo, las fuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro del material por lo que se distribuyen en toda el área, la cual se denota con la letra σ (sigma), estas hacen que se separen entre si las distintas partículas que componen una pieza, si tienden a alargarla y estas se encuentran en sentido opuesto se llama esfuerzo de tracción.

Esfuerzo a compresión

El esfuerzo de compresión es el resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido deformable, se caracteriza porque tiende a una reducción de volumen o acortamiento en determinada dirección, ya que las fuerzas invertidas ocasionan que el material quede comprimido, también es el esfuerzo que resiste el acortamiento de una fuerza de compresión

Rigidez

La rigidez es la capacidad de un objeto material para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones y/o desplazamientos. Los coeficientes de rigidez son magnitudes físicas que cuantifican la rigidez de un elemento resistente bajo diversas configuraciones de carga. Normalmente las rigideces se calculan como la razón entre una fuerza aplicada y el desplazamiento obtenido por la aplicación de esa fuerza.

Elasticidad

Es la propiedad de un material que le permite regresar a su tamaño y formas originales, al suprimir la carga a la que estaba sometido. Esta propiedad varía mucho en los diferentes materiales que existen. Para ciertos materiales existe un esfuerzo unitario

más allá del cual, el material no recupera sus dimensiones originales al suprimir la carga. A este esfuerzo unitario se le conoce como Límite Elástico.

Plasticidad

Esto todo lo contrario a la elasticidad. Un material completamente plástico es aquel que no regresa a sus dimensiones originales al suprimir la carga que ocasionó la deformación.

Maleabilidad

Es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan los cuerpos a ser labrados por deformación, la maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas. El elemento conocido más maleable es el oro, que se puede malear hasta láminas de una diezmilésima de milímetro de espesor. También presentan esta característica otros metales como el platino, la plata, el cobre, el hierro y el aluminio.

Ductilidad

Capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material, bajo la acción de una fuerza.

Elasticidad

Propiedad en virtud de la cual un cuerpo se deforma de manera proporcional a la carga aplicada y recupera su forma original una vez ha cesado la acción de la carga. Un cuerpo se denomina perfectamente elástico si no experimenta deformaciones permanentes, es decir, siempre recupera su figura inicial.

Resiliencia

La Resiliencia es la magnitud que cuantifica la cantidad de energía que un material puede absorber al romperse por efecto de un impacto, por unidad de superficie de rotura. Se diferencia de la tenacidad en que esta última cuantifica la cantidad de energía absorbida por unidad de superficie de rotura bajo la acción de un esfuerzo progresivo, y no por impacto. El ensayo de resiliencia se realiza mediante el Péndulo de Charpy, también llamado prueba Charpy.

Tenacidad

La tenacidad es la energía total que absorbe un material antes de alcanzar la ruptura, por la presencia de una carga. Oposición a la rotura por esfuerzos de impacto que deforman el metal. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y plasticidad. Comúnmente se tiende a confundir la Tenacidad con la Resiliencia, aunque son conceptos bastante relacionados ya que relacionan la energía absorbida por el material durante la aplicación de la fuerza

Dureza

Se llama dureza al grado de resistencia a la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes, entre otras que ofrece un material. La dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Se evalúa convencionalmente por dos procedimientos. El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta de determinada geometría.

DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD.

OBJETIVO

Determinar experimentalmente el módulo de elasticidad de algunos materiales metálicos, para el caso de solicitación a tracción.

PROCEDIMIENTO

Para obtener el módulo de elasticidad de los materiales metálicos se debe someter las probetas a tracción axial, medir las variables fuerza F y alargamiento (Dl ó ᵟ ) a incrementos conocidos de fuerza. Con los datos obtenidos construir el gráfico ε-σ y por último realizar un tratamiento gráfico de éste para obtener el parámetro buscado E.

REALIZACIÓN

Como el ensayo se realiza bajo la estricta supervisión y dirección del profesor y monitor, sólo se darán aquí algunas recomendaciones adicionales.

1. Es importante realizar con sumo cuidado el ajuste de cero en el visualizador de la celda de carga antes de empezar la práctica.

2. El extensómetro debe ser instalado con sumo cuidado y sus relojes ajustados a cero. Es conveniente cargar la probeta ligeramente (un 25% de la carga de elasticidad) para comprobar que las agujas del extensómetro se desplazan libremente al aumentar la carga en la probeta.

Luego la carga debe ser devuelta a cero y sostenida allí para iniciar el ensayo.

3. Para la determinación de la fuerza máxima a aplicar para cada probeta (esta fuerza debe ser tal que los esfuerzos sufridos en la probeta nunca superen el límite elástico), se deben hacer unos cálculos aproximados preliminares, usando la fórmula (1) con el objeto de determinar la probable carga límite elástica para cada probeta, es decir:

Para la probeta de acero:

σe = 900 kgf/cm2, límite elástico del latón usado Para la probeta de aleación de aluminio:

σe = 650 kgf/cm2, límite elástico de la aleación de aluminio usada.

σe = 650 kgf/cm2, límite elástico de la aleación de aluminio usada.

Para la probeta de acero aplicaremos cargas hasta alcanzar 2500 kgf, aplicando intervalos de carga de 200 kgf.

Para la probeta de latón aplicaremos cargas hasta alcanzar 1000 kgf, aplicando intervalos de carga de 100kgf.

Para la probeta de aleación de aluminio aplicaremos cargas hasta alcanzar 800 kgf, aplicando intervalos de carga de 100 kgf.

4. Para la toma de datos es conveniente preparar la siguiente tabla para cada una de las probetas.

5. Para la sujeción de las probetas se usa el mismo dispositivo que para la determinación de las propiedades mecánicas. Los trabajos de montaje se harán bajo las indicaciones del monitor y el profesor.

6. Si el ensayo se realiza con cuidado las probetas no sufrirán ningún daño ni deformación residual y podrán ser usadas posteriormente.

DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES SOMETIDOS A COMPRESIÓN.

OBJETIVO

Determinar experimentalmente las propiedades mecánicas (límites de proporcionalidad (elasticidad) y fluencia) para tres materiales de construcción de máquinas, para el caso de solicitación a compresión. Observar la falla a compresión en una probeta de madera.

PROCEDIMIENTO

Para obtener las propiedades mecánicas a compresión de los materiales de las probetas, se debe someter éstas a compresión axial, medir las variables: fuerza F y acortamiento (Dl ó δ), a incrementos conocidos de fuerza o deformación. Con los datos obtenidos construir los gráficos F-δ y ɛ-σ Y por último realizar un tratamiento gráfico de éstos para obtener los parámetros buscados (σp y σ0,2).

REALIZACIÓN

1. Como el ensayo se realiza bajo la estricta supervisión y dirección del profesor y monitor, sólo se darán aquí algunas recomendaciones adicionales.

2. Como se puede ver en la Figura 4 el peso del inversor es soportado por el cilindro de trabajo. Esta fuerza debe ser “excluida” de la medición realizada por el dinamómetro. Por esto es importante realizar con sumo cuidado el ajuste de cero del dinamómetro antes de ejecutar la práctica.

3. El comparador debe ser retirado prestamente cuando las deformaciones de las probetas sean exageradas. Se debe tener cuidado de no desplazar el puente de altura ajustable cuando el comparador esté instalado.

Valor aproximado de los incrementos de carga a aplicar: las medidas aproximadas de las probetas usadas son: ¾” de diámetro y 30 mm de longitud. Por ejemplo, si la probeta es de acero (E=2·10^6 kgf/cm^2), al aplicar una carga de 100 kilogramos fuerza obtendremos una deformación:

Es decir 0,5 centésimas de milímetro. Este hecho nos obliga a aplicar incrementos de carga de 200 kgf, para poder apreciar las deformaciones con nuestro instrumento, cuya resolución es de una centésima de milímetro.

4. Para la toma de datos es conveniente preparar la siguiente tabla para cada una de las probetas.

DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES SOMETIDOS A FLEXIÓN.

OBJETIVO

Determinar experimentalmente algunas propiedades mecánicas (esfuerzo de rotura, módulo de elasticidad) de los materiales, para el caso de solicitación a flexión. Observar la falla a flexión en una probeta de madera.

PROCEDIMIENTO

Para obtener las propiedades mecánicas de los materiales de las probetas sometidas a flexión, se debe someter éstas a flexión transversal (Fig. 1a), medir las variables fuerza P y deflexión (f ó ᵟ), a incrementos conocidos de fuerza o deformación. Con los datosobtenidos construir las gráficas

P – ᵟ, y P*(l3 /48I)-ᵟ, y realizar un tratamiento gráfico o computacional de éste para obtener las magnitudes buscadas.

REALIZACIÓN

1. Como el ensayo se realiza bajo la estricta supervisión y dirección del profesor y monitor, sólo se darán aquí algunas recomendaciones adicionales.

2. Como se puede ver en la Figura 4 el peso del inversor es soportado por el cilindro de trabajo. Esta fuerza debe ser “excluida” de la medición realizada por la celda de carga Por esto es importante realizar con sumo cuidado el ajuste de cero visualizador de la celda de carga antes de ejecutar la práctica.

3. El comparador debe ser retirado prestamente cuando las deformaciones de las probetas sean exageradas. Se debe tener cuidado de no desplazar el puente de altura ajustable cuando el comparador esté instalado.

Módulo de rotura para una probeta de sección rectangular: el estándar ASTM D-198 define una magnitud convencional de esfuerzo de rotura igual a la fórmula de trabajo para el cálculo de los esfuerzos elásticos durante la flexión de probetas de secciones rectangulares (cargadas por el esquema fig. 1ª), e igual a

Los datos de estos esfuerzos (denominados en dicho estándar como módulo de rotura) se pueden encontrar en los manuales o pueden ser determinados experimentalmente.

Para la madera usada en nuestro laboratorio (madera abarco), dicho módulo es de 986 kgf/cm^2 (14×10^3 psi). A partir de este esfuerzo puede determinarse la carga de rotura necesaria, teniendo en cuenta las condiciones de ensayo determinadas por el estándar; es decir

Cargaremos a la probeta hasta alcanzar su rotura aplicando intervalos de carga de 100 kgf. Los datos se consignarán en una tabla

Para determinar la carga a aplicar a la probeta de acero, debemos tener en cuenta que en ésta no deben surgir esfuerzos más allá del límite de fluencia, primero, porque sólo necesitamos datos de la zona elástica, y segundo porque dañaríamos la probeta al causar en ella deformaciones residuales.

El límite elástico del acero 1020 es [σf] = 3000 kgf/cm^2. La carga elástica puede ser determinada, pues por la siguiente fórmula:

Cálculo que se realizará en el momento de la práctica de acuerdo a las condiciones específicas del ensayo. La tabla de datos es similar a la anterior.

DUREZA BRINELL

OBJETIVO

Determinar experimentalmente la dureza Brinell. Estudiar su campo de aplicación.

PROCEDIMIENTO

Para obtener la dureza Brinell de la superficie de un material se presiona contra la probeta una bola de acero con determinado diámetro D. La bola se mantiene algún tiempo bajo la carga P. Luego de retirada la carga se miden dos diámetros, en direcciones mutuamente perpendiculares, de la impronta dejada, con ayuda de un microscopio. El valor medio de los diámetros (d) y los otros valores se sustituyen en la fórmula de trabajo para obtener el valor de la dureza Brinell. En las mismas condiciones se realizan varias indentaciones más.

REALIZACIÓN DEL ENSAYO

Como el ensayo se realiza bajo la estricta supervisión y dirección del profesor y monitor, sólo se darán aquí algunas recomendaciones adicionales.

1. De acuerdo al material de la probeta se debe escoger el grado de fuerza (P/D^2) según tabla anexo 2. Es decir:

Acero : 30

Latón: 10

Aleación de aluminio: 10

2. A partir del grado de fuerza y atendiendo las cargas posibles de aplicar en la máquina, escogemos la combinación más conveniente de carga y diámetro de indentador.

Acero: D = 2,5 mm; P = 187,5 kgf.

Latón: D = 2,5 mm; P = 62,5 kgf.

Aleación de aluminio: D = 2,5 mm; P = 62,5 kgf.

3. Cada vez que se realice cambio de indentador la primera impronta obtenida no será tenida en cuenta, esto para permitir el asentamiento del sistema bola, montura y porta bola.

4. Se realizarán entre 5 y 10 indentaciones por probeta, teniendo en cuenta que la separación del borde de la probeta y de una huella al borde de la otra debe ser mayor a 2,5 veces el diámetro de la huella.

IMPACTO

OBJETIVO

Familiarizarse con los criterios de valoración de la resistencia de los materiales a las cargas de impacto; comparación de la conducta de un mismo material, sometido a distintos tratamientos térmicos, frente al ensayo de impacto de Charpy.

PROCEDIMIENTO

Para realizar el ensayo de impacto en barras ranuradas se procede así:

a) Se pesan las probetas.

b) Luego, sin instalar probeta alguna se eleva el péndulo y se engatilla, para ser liberado luego. Se deja que el péndulo realice unos cuantos vaivenes (3) y se detiene. La energía gastada en este proceso se anota.

c) Se instala la probeta en los apoyos, se engatilla y suelta el péndulo, produciéndose la rotura de la probeta. Luego de detenido se anota la energía aplicada en el proceso.

d) Se calcula la energía cinética, aplicada a las fracciones de probeta. Se realiza el cálculo de la energía invertida en la rotura de la probeta.

e) Se repiten los pasos c) y d) para las otras probetas.

REALIZACIÓN DEL ENSAYO

1. No olvide realizar la medición de las pérdidas por fricción. Este ensayo se hace sin instalar probeta.

2. Si no se han pesado las probetas, las fracciones de éstas después de cada impacto deben ser encontradas, empacadas y rotuladas para su posterior pesaje.

3. Póngase especial atención al timbre del sonido ocasionado por el impacto y la rotura; esto nos da una idea de la fragilidad comparativa de los materiales.

4. Obsérvese con atención la sección de la rotura, este análisis también nos ofrece datos sobre la fragilidad de los materiales.

5. Júntense los pedazos de cada probeta haciéndolos coincidir como un rompecabezas y observe las deformaciones residuales comparativas para cada probeta.

EMBUTIDO

OBJETIVO

Estudiar el método de Erichsen para la valoración de la formabilidad de los materiales de chapa. Determinar la profundidad máxima de embutido para chapas del mismo material y de distinto espesor. Analizar la correlación de estos parámetros.

REALIZACIÓN

1. Como el ensayo se realiza bajo la dirección y supervisión del profesor y el monitor, sólo se darán aquí unas recomendaciones adicionales, consignadas en el estándar.

2. La lubricación afecta fuertemente y de manera directa el resultado. Por esto:

a. se usa grasa sólida de origen mineral. b) Se lubrica sólo el punzón. c) Se debe tener especial atención en no lubricar las superficies del dado ni de la tuerca de retención, ya que puede ocurrir flujo de metal hacia la zona de embutido.

1. La superficie de suministro de la probeta no debe ser alterada mecánica ni químicamente.

2. La velocidad de penetración debe estar entre 0,08 y 0,40 mm/s.

3. El ensayo termina cuando aparece la primera grieta o fractura en la cima de la copa. Si dicha falla ocurre en la base de la copa, este resultado no debe ser considerado.