Expo Tec de Mat Compuestos
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8/17/2019 Expo Tec de Mat Compuestos
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Universidad de Atacama – Departamento de Metalurgia
Ensayos y Propiedades Mecánicas
de los materiales
CÁTEDRA:
TECNOLOGÍA DE MATERALE! COMP"E!TO!
CATEDRÁTCO:
R#$%n M"EDA! CA!TA&EDA
PRE!ENTADO POR:
'"NTO GAL(E)* Mila+ros
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Efecto de una fuerza sobre un sólido Esfuerzo.
A
P=σ
La magnitud del efecto es directamente proporcional
a F e inversamente proporcional a A
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Los materiales poseen na serie !e "ara"ter#sti"as$ entre
las "ales !esta"an las propie!a!es me"%ni"as$ tales "omo&D#ctilidad
Malea$ilidad
Resistencia
D#re,a
Tenacidad
E'isten ensa(os )e permiten !eterminar el
"omportamiento !e n material ante la apli"a"i*n !e na
"ar+a, Los reslta!os !e estas preas "onstit(en las
propie!a!es me"%ni"as !el material, Es "on.eniente$
enton"es$ a"larar al+o el si+ni/"a!o !e estos t0rminos,
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D#ctilidad: "apa"i!a! )e tiene n material para
!e1ormarse sin romperse "an!o est% someti!o a es1er2os!e tra""i*n3 por e4emplo en el estira!o !e n alamre,
Malea$ilidad: "apa"i!a! )e presenta el material para
soportar !e1orma"i*n sin rotra someti!o a "ompresi*n$ "aso
!e 1or4a o lamina!o,
Elasticidad: "apa"i!a! !e n material )e 5a si!o
!e1orma!o para re+resar a s esta!o ( tama6o ori+inal$
"an!o "esa la a""i*n )e 5a pro!"i!o la !e1orma"i*n,
Can!o el material se !e1orma permanentemente$ !e tal
manera )e no pe!a re+resar a s esta!o ori+inal$ se !i"e
)e 5a pasa!o s l#mite el%sti"o,
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D#re,a: Mi!e la resisten"ia a la penetra"i*n sore la
sper/"ie !e n material$ e1e"ta!a por otro material,
Resistencia& se !e/nen .arias3 por e4emplo$ resisten"ia a la
tra""i*n es la "ar+a 7Fer2a8 m%'ima por ni!a! !e %rea )e
pe!e soportar el material al ser estira!o, Los .alores !e
resisten"ia son tili2a!os en to!o lo )e se re/ere a !ise6o,
-ra+ilidad: Lo opesto a !"tili!a!, Un material 1r%+il no tiene
resisten"ia a "ar+as !e impa"to ( se 1ra"tra a9n en "ar+as
est%ti"a sin pre.io a.iso, Tanto la 1ra+ili!a! "omo la !"tili!a!
!e n material son me!ia!as aritrarias$ pero pe!e !e"irse
)e n material "on n alar+amiento ma(or !e :; es !9"til (
menor !e :; es 1r%+il, Se pe!en "lasi/"ar los materiales en
1r%+iles ( !9"tiles$ 5aien!o !entro !e ellos !i1erentes +ra!os,
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Tenacidad: Es la ener+#a asori!a por el material !ranteel pro"eso !e !e1orma"i*n ( rptra3 est% !ire"tamente
rela"iona!a "on la resisten"ia ( !"tili!a!, Por e4emplo$ el
.i!rio$ el 5ierro 1n!i!o ( el a"ero en!re"i!o son po"o
tena"es$ por)e ss !"tili!a!es son m( a4as ( enal+nos "asos "asi "ero$ an)e tienen na ena
resisten"ia 7astantes !ros8, Un metal "omo el "ore es
astante tena2$ pes tiene na ena resisten"ia ( ena
!"tili!a!, Mientras )e na
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Plasticidad& Es la 5aili!a! !e n material para a!optar
ne.as 1ormas a4o la presi*n ( retener esa ne.a 1orma, El
ran+o !e a!apta"i*n pe!e .ariar "onsi!eralemente !e
a"er!o "on el material ( ss "on!i"iones,
Es.#er,o& Fer2a apli"a!a a n %rea "ono"i!a,
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Ensayos Mecánicos Tensi*n 7tension test8
Dre2a 75ar!ness test8
Torsi*n 7torsion test8
Fra"tra 71ra"tre me"5ani"s8
Fati+a 71ati+e8
Creep 7Creep an! stress
rptre8
Impa"to ( 1ra"tra 1r%+il7rittle 1ra"tre an! impa"t
testin+8
Composi"i*n
Mi"roestr"tra
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Ensayo de tensi/n
El Ensa(o !e
tra""i*n se reali2a
a4o la norma
ASTM E-= ASTM A>?@$ o ien la
norma "5ilena NC
B@@$ entre otras,
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Se "olo"a na
proeta est%n!ar7@$:@: pl+ !e
!i%metro ( lon+it!
"alira!a !e B pl+8
en na m%)ina !e
ensa(o "onsistente
!e !os mor!a2as$
na /4a ( otra m*.il,
Se pro"e!e a me!ir
la "ar+a mientras seapli"a el
!espla2amiento !e la
mor!a2a m*.il,
E)ipamiento para el ensa(o !etensi*n
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Es)ema !e proetas )e se tili2an en el ensa(o !e tra""i*
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Pro$etas normali,adas0
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Es.#er,o y de.ormaci/n in+enieriles
Los reslta!os !e n ensa(o se apli"an a to!os los tama6os (se""iones trans.ersales !e n material$ siempre )e la 1er2a
se "on.ierta en es1er2o ( la !istan"ia entre las mar"as !e
"alira"i*n se "on.iertan en !e1orma"i*n
Es1er2o in+enieril
De1orma"i*n in+enieril
0 A
F=σ
0l
l∆=ε
A@& %rea se""i*ntrans.ersal ori+inal
Io& !istan"ia ori+inal
entre mar"as !e
"alira"i*n
∆I& "amio !e lon+it!
!esp0s !e 5aer
apli"a!o el es1er2o
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Cr.a es1er2o !e1orma"i*n para na alea"i*n !ealminio
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Cr.as tensi*n !e1orma"i*n !e al+nos metales (alea"iones
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Propie!a!es oteni!as en el ensa(o !e tensi*n
Es.#er,o de cedencia 1es.#er,o de 2#encia3: es1er2o
)e !i.i!e los "omportamientos el%sti"os ( pl%sti"os !el
material, El .alor "r#ti"o !el es1er2o ne"esario para ini"iar la
!e1orma"i*n pl%sti"a se llama l#mite el%sti"o !el material, Enlos materiales met%li"os es el es1er2o ne"esario para ini"iar
el mo.imiento !e las !islo"a"iones,
El l#mite el%sti"o pe!e !e/nirse "omo el es1er2o m#nimo al)e o"rre la primera !e1orma"i*n permanente,
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Resistencia a la tensi/n 1resistencia a la tracci/n3:
es1er2o oteni!o "on la m%'ima 1er2a apli"a!aEs el es1er2o m%'imo$ asa!o en la se""i*n trans.ersal
ori+inal$ )e pe!e resistir n material,
Es el es1er2o en el "al "omien2a la estri""i*n en los
materiales !9"tiles
De1orma"i*n lo"ali2a!a
!rante el ensa(o !e
tensi*n !e n material!9"til$ pro!"ien!o na
re+i*n !e "ello
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Es.#er,o de r#pt#ra: es el es1er2o asa!o en la se""i*n
ori+inal$ )e pro!"e la 1ra"tra !el material
La !e1orma"i*n se "on"entra en la 2ona !el "ello$ pro.o"an!o
)e la 1er2a !e4e !e sir, Al a!el+a2arse la proeta$ la 1er2a
)e!a apli"a!a en menor %rea$ pro.o"an!o la rptra,
Es)ema !e la
se"en"ia !e rptra !e
las proetas en n
ensa(o !e tra""i*n
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M/d#lo de elasticidad o m/d#lo de 4o#n+ 1E3: es el
.alor !e la pen!iente !e la parte re"ta !el !ia+ramaes1er2o .s !e1orma"i*n nitaria
),( psi Pa E ε
σ =
Le( !e ooe
Es na me!i!a !e la
ri+i!e2 !e n material
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Tiene na estre"5a rela"i*n "on la ener+#a !e enla"e at*mi"o$
por lo tanto es ma(or para materiales !e pnto !e 1si*n alto,
Un alto m*!lo !e elasti"i!a! in!i"a )e se ne"esitan
+ran!es 1er2as para separar los %tomos ( pro!"ir la
!e1orma"i*n el%sti"a !el metal,
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Resiliencia
Es la "apa"i!a! !e n material para asorer ener+#a "an!o
es !e1orma!o el%sti"amente ( !e.ol.erla "an!o se elimina la"ar+a
M/d#lo de resiliencia: Correspon!e a la ener+#a !e
!e1orma"i*n por ni!a! !e .olmen re)eri!a para !e1ormar el
material 5asta el l#mite el%sti"o
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Tenacidad a la tensi/n: "apa"i!a! !e asorer ener+#a en el
"ampo pl%sti"o$ antes !e 1ra"trarse 7traa4o !e 1ra"tra8,
Se !etermina "omo el %rea a4o la "r.a es1er2o- !e1orma"i*n
in+enieril, Esta sper/"ie es na in!i"a"i*n !el traa4o total$ por
ni!a! !e .olmen )e pe!e reali2arse sore el material sin
)e se pro!2"a rotra
Compara"i*n !e las"r.as tensi*n-!e1orma"i*n !e !osa"eros$ "on altatena"i!a! ( a4atena"i!a!
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D#ctilidad: mi!e la "anti!a! !e !e1orma"i*n )e pe!e
resistir n material sin romperse,
El ; !e elon+a"i*n !es"rie la !e1orma"i*n pl%sti"a permanente
antes !e la 1alla,
La re!""i*n por"ental !el %rea !es"rie la "anti!a! !e
a!el+a2amiento )e s1re la mestra !rante el ensa(o
100%
100%
0
0
0
0
x A
A Aáreaenreducción
x L
L Lelongaciónde
f
f
−
=
−
=
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Comportamiento dúctil y frágil
El "omportamiento !e los materiales a4o "ar+a se pe!e
"lasi/"ar "omo !9"til o 1r%+il se+9n )e el material mestre
o no "apa"i!a! para s1rir !e1orma"i*n pl%sti"a,
a8 a"ero !9"til 8 n a"ero 1r%+il,
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Propie!a!es t#pi"as prome!io !e al+nos materialesmet%li"os
Material σF 7Mpa8 σM 7Mpa8 E 7Gpa8
A"eroino'i!ales
B=@ ?@@ @@ H@@@ H@ BH@
A"ero altaresisten"ia >@ - H@@@ ::@ HB@@ H@ BH@
Jron"e"omer"ial
=B K@ B@@ =>@ >K
Lat*n lamina!o ?@ ::@ B@@ KB@ >K H
Alminio B@H- TK
H@ =@ B=
Core :: - ?K@ B>@ - =>@ @ ?
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El e1e"to !e la temperatra 7a8 sore la "r.a es1er2o-
!e1orma"i*n 78 sore las propie!a!es !e tensi*n !e na
alea"i*n !e alminio
ariales )e a1e"tan a la "r.a !e tensi*n& Temperatra
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Cr.a es1er2o !e1orma"i*n a"ero !e a4aalea"i*n
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Ensayo de Compresi/n
Un ensa(o !e "ompresi*n se reali2a !e 1orma similar a n
ensa(o !e tra""i*n$ e'"epto )e la 1er2a es "ompresi.a ( laproeta se "ontrae a lo lar+o !e la !ire""i*n !e la 1er2a,
Es1er2o in+enieril
De1orma"i*nin+enieril
0A
F
=σ
0l
l∆=ε
A@& %rea se""i*n trans.ersal
ori+inal
Io& !istan"ia ori+inal entre
mar"as !e "alira"i*n
∆
I& "amio !e lon+it!!esp0s !e 5aer apli"a!o
el es1er2oPor "on.en"i*n$ na 1er2a !e "ompresi*n se "onsi!era
ne+ati.a ($ por tanto$ pro!"e n es1er2o ne+ati.o,
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Los ensa(os !e "ompresi*n se tili2an "an!o se !esea
"ono"er el "omportamiento !el material a4o +ran!es!e1orma"iones permanentes 7!e1orma"i*n pl%sti"a8$ tal "omo
o"rren en los pro"esos !e "on1orma"i*n$ o ien "an!o tiene
n "omportamiento 1r%+il a tra""i*n
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Las "on"lsiones soresalientes !e estas preas las
po!emos resmir en la si+iente 1orma&
Los materiales !9"tiles presentan los mismos .alores en
ss "ara"ter#sti"as tanto en tensi*n "omo en "ompresi*n,
Los materiales 1r%+iles no presentan pnto !e en"ia en
nin+9n "aso ( el es1er2o !e rptra "oin"i!e "on el
es1er2o m%'imo,
Los materiales 1r%+iles presentan na resisten"ia m%'ima
m"5o mas ele.a!a en "ompresi*n )e en tensi*n, Pore4emplo$ en el "aso !e la 1n!i"i*n +ris$ esta rela"i*n es
apro'ima!amente &H,
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Ensayo de d#re,a
La !re2a impli"a$ en +eneral$ na resisten"ia a la!e1orma"i*n permanente,
Pe!e si+ni/"ar&
Resisten"ia a la penetra"i*n 7me"%ni"a !el ensa(o !emateriales8
Resisten"ia ( tratamiento t0rmi"o 7in+eniero !e !ise6o8
Se+9n la 1orma !el ensa(o&
Dre2a al ra(a!o
Dre2a a la penetra"i*n
Dre2a al reote o !in%mi"a
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Dre2a por in!enta"i*n es la resisten"ia !e n material a
ser in!enta!o o penetra!o,
Es el tipo sal !e ensa(o !e !re2a$ en el "al se
presiona$ !ire"tamente o por n sistema !e palan"a$ n
in!enta!or "*ni"o o re!on!o sore la sper/"ie a4o na
"ar+a "ono"i!a sstan"ialmente est%ti"a,
La !re2a se e'presa$ para na "ar+a ( mar"a!or
espe"i/"a!os$ por n n9mero in.ersamente propor"ional
a la pro1n!i!a! !e la in!enta"i*n o propor"ional a na
"ar+a me!ia sore el %rea !e 5ella,
Resistencia a la ndentaci/n
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Ensa(o !e !re2a Ro"ell
Ensa(o !e !re2a Jrinell
Ensa(o !e !re2a i"ers
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D#re,a 5rinell
El ensa(o "onsiste en "omprimir sore la sper/"ie !el
metal$ na ola !e a"ero !e H@ mm !e !i%metro "on na
"ar+a !e >@@@ +,
- En los materiales lan!os$ se re!"e la "ar+a a :@@ +,
- En metales m( !ros se emplea na ola !e "arro !e
ol1ramio
La "ar+a se apli"a por n perio!o !e tiempo normali2a!o$
+eneralmente !e >@ se+$ le+o se mi!e la 5ella "on n
mi"ros"opio,
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F & "ar+a apli"a!a en +
D & !i%metro !el penetra!or en mm
Di & !i%metro !e la impresi*n en mm
Dre2a Jrinell& (kg/mm
!
Es6#ema del ensayo de d#re,a 5rinell
Resisten"ia a la tensi*n O :@@ JN,
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D#re,a (ic7ers
Se emplea "omo i!enta!or na pir%mi!e !e !iamante !e
ase "a!ra!a$ las "aras opestas !e la pir%mi!e 1orman n
%n+lo !e H>K 7"orrespon!e a la rela"i*n *ptima !e !i%metro
!e 5ella a !i%metro !e ola en el ensa(o Jrinell8
Se !e/ne "omo la rela"i*n !e la "ar+a al %rea !e la sper/"ie
!e la 5ella,
Ss "ar+as .an !e : a HB: ilo+ramos 7!e "in"o en "in"o8,
Se emplea i"ers para laminas tan !el+a!as "omo @,@@K
pl+a!as
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L
P"#$%&
L
/!(senP'ickersureza ==
θ
P& "ar+a apli"a!a en +L& me!ia !e la lon+it! !e las !os!ia+onales en mm
θ& %n+lo 1orma!o por las "aras
opestas !e la pir%mi!e!iamante O H>K
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D#re,a Roc78ell
El ensa(o tili2a la pro1n!i!a! !e la penetra"i*n a4o "ar+a"onstante$ "omo me!i!a !e la !re2a,
La ma)ina !e ensa(o mi!e en 1orma atom%ti"a la
pro1n!i!a! !e penetra"i*n !el in!enta!or$ ( la "on.ierte en
n n9mero !e !re2a Ro"ell 7R8
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El ensa(o es apli"ale a to!o tipo !e materiales met%li"os&
a8 Jlan!os, Se tili2a "omo penetra!or na ola !e a"ero
templa!o$ similar al !el ensa(o Jrinell,8 Dros, Se tili2a "omo penetra!or n "ono !e !iamante !e
HB@Q !e %n+lo !e .0rti"e re!on!ea!o en la pnta, Se san
"ar+as normali2a!as !e K@$ H@@ ( H:@ ilo+ramos
"8 Pe)e6os espesores en materiales lan!os o !ros, Es el
"aso !e e4es$ "5apas !el+a!as o tami0n sore "apas
en!re"i!as$ "ementa!as o nitrra!as, En este spesto se
sa la mo!ali!a! !e pe)e6as "ar+as espe"i/"a!as en la
norma$ > ilo+ramos !e pre"ar+a ( H:$ >@ o : ilo+ramos!e "ar+a, Se "ono"e este tipo !e ensa(os "omo Ro"ell
sper/"ial,
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ESCALA CARGA (kg) PENETRA!R "ATER#ALES T#P#C!S PR!$A!S
A %& Cono de diamante"ateriale' dro' en etremo* car+ro'de ,olframio* etc-
$ .&& $ola de ./.%0"ateriale' de dre1a media* acero' alcar+ono +a2o' y medio'* lat3n* +ronce*etc-
C .4& Cono de diamanteAcero' endrecido'* aleacione'
endrecida' y re5enida'- .&& Cono de diamante Acero 'perficialmente cementado-
E .&& $ola de ./607ierro fndido* aleacione' de alminio ymagne'io-
8 %& $ola de ./.%0 $ronce y co+re recocido'-
G .4& $ola de ./.%0 Co+re al +erilio* +ronce fo'foro'o* etc-
7 %& $ola de ./60 Placa de alminio-
9 .4& $ola de ./60 7ierro fndido* aleacione' de alminio-
L %& $ola de ./:0Plá'tico' y metale' 'a5e'* como elplomo-
Ensayos Roc78ell normali,ados0
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Ensayo de impacto 11Norma ASTM E-B>8Norma ASTM E-B>8
Can!o n material se somete a n +olpe repentino ( .iolento$!on!e la .elo"i!a! !e !e1orma"i*n es e'trema!amente r%pi!a$
se pe!e "omportar en na 1orma m"5o m%s 1r%+il )e la )e
se oser.a en el ensa(o !e tensi*n,
Se tili2a el ensa(o !e impa"to para e.alar la 1ra+ili!a! !e n
material,
Ensa(o !e C5arp(& metales$ alea"iones$"er%mi"as
Ensa(o !e I2o!& pl%sti"os
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El ensa(o !e impa"to 7a8 ensa(o !e C5arp( e
I2o!
78 !imensiones !e mestras normales
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Drante el ensa(o$ n
p0n!lo pesa!o 7:
+8 )e ini"ia s
mo.imiento a naaltra 5@$ !es"rie n
ar"o$ +olpea ( rompe
la proeta$ ( lle+a a
na altra /nal 51
menor,
Si se "ono"en las
altras ini"ial ( /nal
!el p0n!lo$ se pe!e
"al"lar la !i1eren"ia!e la ener+#a
poten"ial,
Esta !i1eren"ia es la
ener+#a !e impa"toFACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES - UNCP
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) La probeta posee un entalle est*ndar para facilitar el inicio de la
fisura.
) Las probetas +ue fallan en forma fr*gil se rompen en dos mitades# en
cambio a+uellas con ma,or ductilidad se doblan sin romperse.
Fotograf-as de probetas#
antes , despus del
ensa,o
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) Ensa,o de arp,1 2oule (3!# lb pie
) Ensa,o de 4zod1 3/m# lb pie/pulg
" lb pie 5 "#6%7 3
Los valores obtenidos en este ensa,o pueden diferir fuertemente si se
realiza a diferentes temperaturas
La capacidad de un material para resistir el impacto de un golpe se
llama tenacidad al impacto
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Propiedades +ue se obtienen en el ensa,o de impacto1
Temperatra de tran'ici3n de dúctil a frágil1 es a+uella a la cual un
material cambia de un comportamiento d8ctil a un comportamiento
fr*gil.
9n material su2eto a cargas de impacto durante las condiciones de
servicio deber* tener una temperatura de transición por deba2o de la
temperatura de operación determinada por el ambiente +ue rodea al
material.
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Ensa,os de impacto para un pol-mero termopl*stico de n,lon
supertenaz
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:o todos los materiales tienen una temperatura de transición definida
La estructura cristalina F normalmente absorbe ma,or energ-a# sin
mostrar temperatura de transición
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4nfluencia del contenido de carbono sobre el comportamiento d8ctil;
fr*gil de un acero de ba2a aleación1
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Ensa,o de =enacidad
Liert( S5ips&
B?@@ 1ari"a!os
@@ /sra!os
B@ se partieron en !os Titanic
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E4emplo& Se ot.ieron los si+ientes !atos !e tensi*n-
!e1orma"i*n !e n a"ero o$B; C
Es1er2o
7si8
De1orma"i
*n
Es1er2
o
7si8
De1orma"i
*n
@>@
::
K@
K=?B
?
?:
@@$@@H
@$@@B
@$@@:
@$@H@$@B
@$@
@$@K
?K?:
?>
K
K::K
:H
@$@=@$H@
@$HB
@$H
@$HK@$H=
@$H
71ra"tra8
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a8 Di4e la "r.a tensi*n-!e1orma"i*n
8 Determine la resisten"ia !e "e!en"ia "on el "riterio !el
@$B; !e !e1orma"i*n "on.en"ional
"8 Determine la resisten"ia a la tra""i*n !el a"ero!8 El m*!lo !e elasti"i!a!
e8 M*!lo !e resisten"ia
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E4emplos
H, Se apli"a na 1er2a !e =:@ l a n alamre !e n#)el !e
@$H: pl+ !e !i%metro$ )e tiene na resisten"ia !e
"e!en"ia !e :,@@@ psi ( na resisten"ia a la tensi*n !e
::,@@@ psi, Determine&
a8 Si el alamre se !e1ormar% pl%sti"amente
8 Si el alamre ten!r% 1orma"i*n !e "ello
B, Una proeta !e a"ero al "arono H@>@ !e @$:@ pl+, !e!i%metro se ensa(a 5asta la 1ra"tra , El !i%metro !e la
proeta en la 2ona !e la 1ra"tra 1e !e @$>> pl+, Cal"le
el por"enta4e !e estri""i*n !e la mestra,
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>, Un "ale !e a"ero tiene H$B: pl+ !e !i%metro ( :@ pies!e lon+it!$ ( "on 0l se le.anta na "ar+a !e B@ tonela!as,
C%l es la lon+it! !el "ale !rante el i2amiento El
m*!lo !e elasti"i!a! !el a"ero es >@ ' H@K psi,
, Can!o se apli"a na "ar+a !e >,@@@ + a na es1era !e
H@ mm !e !i%metro en n ensa(o Jrinell !e n a"ero$ se
pro!"e na penetra"i*n !e >$H mm !e !i%metro, Estime la
resisten"ia !el a"ero a la tensi*n,
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:, Se e1e"t9o na serie !e ensa(os !e impa"to C5arp( sore
"atro a"eros$ "on !istinto "onteni!o !e ma+nesio$ "(osreslta!os se mestran en tala H, Gra/)e los !atos (
!etermine&
a8 La temperatra !e transi"i*n 7!etermina!a "omo la me!ia !e
las ener+#as asori!as en las re+iones !9"til ( 1r%+il8
8 La temperatra !e transi"i*n 7!e/ni!a "omo la temperatra
)e propor"ionan :@ !e ener+#a asori!a8
"8 Gra/)e la temperatra !e transi"i*n en 1n"i*n !el"onteni!o !e ma+nesio ( anali"e el e1e"to !e este elemento
sore la tena"i!a! !el a"ero, C%l ser#a el "onteni!o !e
ma+nesio m#nimo posile en el a"ero si na pie2a 1ari"a!a
"on 0l !ee tili2arse a @ CFACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES - UNCP
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