Segundo Parcial de Ciencia de los Materiales Octubre de 2010 Alumno: JUAN CARLOS A!OR"A A!OR"A #ON$AL%$ #ru&o: 'N#%N'%R'A %L%CROM%CAN'CA %L%CROM%CAN'CA
1. A partir partir de la siguiente siguiente curva curva esfuerzoesfuerzo- deformació deformación n unitaria unitaria ilustre ilustre como se identifica identifican n las propiedades mecánicas: a) Limi Limite te elá elást stic ico. o. b) Rigidez o Modulo de elasticidad. c) Res Resili ilienci encia. a. d) Resist Resistenci enciaa a la tensió tensión n σ ). e) "sfu "sfuer erzo zo de Rotu Rotura ra σ falla ). f) #orcen #orcenta$ ta$ee de Alarg Alargami amient ento o %uctil %uctilida idad) d) g) &enaci nacida dad. d. %"'ARR(L( ma!
a) LM LM&" &" "LA' "LA'& &*( *(
b) R+%",
c) R"'L"*A.
d) R"''&"*A ALA &"'(.
e) "/0"R,( %" R(&0RA.
f) #(R*"&A+" %" ALAR+AM"&( %uctilidad).
g) &"A*%A%.
2( "escriba las &rinci&ales di)erencias entre los di*ersos ti&os de ensa+os de dure,a( "ure,a !rinell: "mplea como punta una bola de acero templado o carburo de . #ara materiales duros2 es poco e!acta pero fácil de aplicar. #oco precisa con c3apas de menos de 4mm de espesor. "stima resistencia a tracción. •
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"ure,a -noo&: Mide la dureza en valores de escala absolutas2 5 se valoran con la profundidad de se6ales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al 7ue se le e$erce una fuerza estándar. "ure,a Roc./ell: 'e utiliza como punta un cono de %iamante en algunos casos bola de acero). "s la más e!tendida2 5a 7ue la dureza se obtiene por medición directa 5 es apto para todo tipo de materiales. 'e suele considerar un ensa5o no destructivo por el pe7ue6o tama6o de la 3uella. "ure,a ic.ers: "mplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. #ara materiales blandos2 los valores 8ic9ers coinciden con los de la
escala rinell. Me$ora del ensa5o rinell para efectuar ensa5os de dureza con c3apas de 3asta ;mm de espesor. <. 0na medición de la dureza rinell2 utilizando un penetrador de 1=mm de diámetro 5 una carga de >==?g. produce una penetración de @.>mm en una placa de aluminio. %etermine el nmero de dureza rinell B) del metal. P C *arga a utilizar medida en 9ilogramos fuerza ?g f). " C %iámetro de la bola. d C %iámetro de la 3uella.
/ormula:
( Cuando una carga de 000.g es a&licada sobre una es)era de 10mm de di3metro en la &rueba !rinell en un acero4 se &roduce una &enetraci5n de (1 mm( %stime la resistencia ala tensi5n del acero(
6( arias aleaciones de aluminio silicio tienen un estructura 7ue inclu+e &lacas )r3giles de silicio con bordes agudos en una matri, m3s blanda + d8ctil de aluminio( 9%s&erara usted 7ue estas aleaciones )ueran sensibles a las muescas en una &rueba de im&acto; 9%s&erara usted 7ue estas aleaciones tu*ieran una buena tenacidad; %<&li7ue sus res&uestas( R%SPU%SA Pregunta = 1 o2 la sDntesis 5 caracterización de materiales compuestos de matriz de aluminio MM*') presentan una alta resistencia especDfica2 representan un e!celente refuerzo por su elevada dureza 5 resistencia ala fle!ión. La sensibilidad a las muescas de un material puede evaluarse comparando las energDas absorbidas por probeta con muescas ó sin ellas. R%SPU%SA Pregunta = 2
'i2 "ntre los valores de resistencia 3abituales obtenidos del ensa5o de impacto 5 la tenacidad a las fisuras no e!iste en general2 ninguna dependencia. %esde el punto de vista cualitativo2 la tenacidad alas fisuras desciende al aumentar la resistencia. "l ob$etivo de la investigación de los materiales es desarrollar los 7ue tengan más resistencia 5 al mismo tiempo ma5or tenacidad a la rotura.
4. %escriba el procedimiento empleado para calcular la energDa absorbida por el material en el ensa5o de impacto. Ea$o 7uF principio fDsico se calcula la tenacidad del materialG 'ustente. A travFs de este ensa5o se puede conocer el comportamiento 7ue tienen los materiales al impacto2 5 consiste en golpear mediante una masa una probeta 7ue se sita en el soporte S la masa M 2 la cual se encuentra acoplada al e!tremo del pFndulo de longitud L2 se de$a caer desde una altura H 2 mediante la cual se controla la velocidad de la aplicación de la carga en el momento del impacto. La energDa absorbida Ea por la probeta2 para producir su fractura2 se determina a travFs de la diferencia de energDa potencial del pFndulo antes 5 despuFs del impacto. 0na ves conocido el ángulo inicial de aplicación de la carga (α) 5 el ángulo final ( al 7ue se eleva el pFndulo despuFs de la rotura completa de la probeta.2 se puede calcular la energDa "a mediante la e!presión:
H. %efina la tenacidad a la fractura de un material. RESPUESTA: La tenacidad a la fractura de un material es una propiedad mecánica 7ue mide la resistencia de un material a la falla en presencia de una discontinuidad o defecto. I. EJuF importancia tiene la mecánica de la fractura en los materiales de ingenierDaG RESPUESTA:
PERMITE SELECCIONAR MATERIALES: *onociendo a tama6o de la grieta) 5 la magnitud
de > "sfuerzo aplicado)2 se puede seleccionar un material 7ue tenga un
&enacidad de la
fractura) grande para 7ue impida 7ue a no crezca. PERMITE DISEÑAR UN COMPONENTE: *onociendo a 5 3abiendo seleccionado el material se puede calcular el > 7ue puede resistir el componente.
K. dentifi7ue los tipos de fracturas mostrados a continuación e indi7ue por 7ue se presenta la marca 7ue caracteriza la zona de falla. "l proceso de fatiga consiste en tres etapas estadios): nucleación iniciación) de la grieta2 propagación de la grieta 5 rotura. La iniciación de las grietas de fatiga está ligada a la acumulación de deformación plástica2 en general en la superficie del material2 mediante deslizamiento de los planos cristalográficos. Las grietas pueden iniciarse en defectos o inclusiones en el material2 o sea2 en puntos de concentración de tensiones2 en logares no 3omogFneos 5 puntos de variación abrupta de la geometrDa de la estructura. "n la segunda etapa2 las grietas generalmente se propagan perpendicularmente a la dirección de las tensiones principales de un modo estable2 3asta cierta e!tensión2 generalmente con el desarrollo de las llamadas a marcas de pla5a. "l ltimo estadio del proceso de fatiga se caracteriza por la propagación de la grieta de modo inestable2 resultando en el colapso mecánico de la estructura al superar un determinado tama6o crDtico.
La fractura dctil comienza con la formación de un cuello 5 la formación de cavidades dentro de la zona de estrangulamiento. Luego las cavidades se fusionan en una grieta en el centro de la muestra 5 se propaga 3acia la superficie en dirección perpendicular a la tensión aplicada. *uando se acerca a la superficie2 la grieta cambia su dirección a @> con respecto al e$e de tensión 5 resulta una fractura de cono 5 embudo.
La fractura frágil tiene lugar sin una apreciable deformación 5 debido a una rápida propagación de una grieta. ormalmente ocurre a lo largo de planos cristalográficos especDficos denominados planos de fractura 7ue son perpendiculares a la tensión aplicada.
1=. Para una determinada aplicación debe utilizarse una barra de cobre de 1”
de diámetro. Usted tiene barras de cobre de distintas secciones transversales, todas ellas totalmente recocidas y con un límite elástico de 10 Ksi. El material nal debe tener un límite elástico de al menos !0 Ksi y un alar"amiento de al menos #0$, %ise&e un proceso 'ue permita obtener estos re'uerimientos, utilice tambi(n la si"uiente "ura.
