PROPIEDADES_MECANICAS

Seminario de Actualización II Análisis de Estructuras Soldadas Dr. Jorge A. Olórtegui Yume, Ph.D.

PROPIEDADES MECÁNICAS (Revisión de Conocimientos Previos) Escuela Académico-Profesional Académico-Profesional de Ingeniería Mecánica Universidad César Vallejo Propiedades Mecánicas

1

INDENTADOR ROCKWELL

INDENTADOR Superficie de la muestra

CARGA

Máquina Moderna de Dureza Rockwell

Propiedades Mecánicas

2

PROPIEDADES MECÁNICAS CONCEPTO Aquellas que definen la respuesta de un material (deformación) (deformación) frente a la solicitación de un agente externo (carga)

EJEMPLOS Resistencia a la tracción Dureza Ductilidad Rigidez

• • • •

DETERMINACIÓN Mediante ensayos de laboratorio Ensayo de tracción Ensayo de dureza, etc. • •


3

PROPIEDADES MECÁNICAS CONCEPTOS DE ESFUERZO Y DEFORMACION Esfu Esfueerzo 

Car Car ga Area Area

Deformac Deformacio ion Unitaria 

Deformac Deformaciion Absol Absolut uta a Dimensio Dimension n Total

Ensayo de Compresión

Ensayo de Tensión

Esfuerzo de Tensión o F l l f  l o Deformación      Compresión l o l o Ao (Nominal/Ingenieril) (Nominal/Ingenieril) Propiedades Mecánicas

4

PROPIEDADES MECÁNICAS CONCEPTOS DE ESFUERZO Y DEFORMACION Esfuerzo 

Car ga Area

Deformacion Unitaria 

Deformacion Absoluta Dimension Total

L

Ensayo de Cizalladura

Ensayo de Torsión

 

dl Deformación por unidad de longitud TL (Nominal/Ingenieril)   GI p

Esfuerzo de F   Cizalladura Ao (Nominal/Ingenieril) Propiedades Mecánicas

d 

5

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES ENSAYO DE TRACCIÓN Celula de Carga Mordaza

Longitud Calibrada (l o)

Probeta

Mordaza

Cabezal


6

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES ENSAYO DE TRACCIÓN Sección Reducida

Diámetro

Longitud Calibrada

Diámetro

Radio

Probeta estándar para ensayo de tracción de sección circular recta


7

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES ENSAYO DE TRACCIÓN

F=P

Probeta sometida a tracción quasi-estáticamente Anotar o monitorear •

Celula de Carga

•

F

l

Mordaza

Esfuerzo Ingenieril

 

F Longitud Calibrada (l o)

Ao

Deformación Ingenieril

Mordaza

l l f  l o    l o

Probeta

l o

F=P Cabezal

F=P Propiedades Mecánicas

8

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES ENSAYO DE TRACCIÓN Resultado: Curva F-l

 

•

) N n e 3

Fractura

l l f  l o   

-

l o l o (Normalizacion de F-l)

) a P M n e ( o z r e u f s E

Alargamiento (mm) Propiedades Mecánicas

Ao

Curva

Al 2024-T81

0 1 x ( a g r a C

F

Deformación, (mm/mm) 9

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES ENSAYO DE TRACCIÓN Zonas Elastica y Plastica de la curva ) a P M n e ( o z r e u f s E

Al 2024-T81

Deformación, Propiedades Mecánicas

-

10

(mm/mm)

Fractura

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES ENSAYO DE TRACCIÓN Zona Elastica

LEY DE HOOKE

Límite de Fluencia (

) a P M n e (

y)

  E 

Zona Plastica

MODULO ELASTICO, MODULO DE YOUNG, MODULO DE RIGIDEZ Límite Elástico(

, o z r e u f s E

Límite proporcional (

e)

p)

  E    

Para materiales sin Limite de Fluencia definido: Convención del 0.2%

Deformación, (mm/mm) Propiedades Mecánicas

11

y

e

p

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES ENSAYO DE TRACCIÓN Zona Plastica

Zona Plastica

) a P M n e ( , o z r e u f s E

Deformación Plastica (Permanente)

Recuperación Elastica

Deformación, (mm/mm) Propiedades Mecánicas

12

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES max=

tracción

CURVA TIPICA TENSIONDEFORMACION

) a P M n e (

ESTRICCION

FRACTURA

(mm/mm) Propiedades Mecánicas

13

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES ZONAS ELASTICA Y PLASTICA DE LA CURVA Elástica

Plástica Límite Elástico Superior

y ) a P M n e (

0.002 Propiedades Mecánicas

y ) a P M n e (

(mm/mm) 14

Límite Elástico Inferior

ALGUNOS ACEROS PRESENTAN DISCONTINUIDAD DE FLUENCIA (mm/mm)

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES PROPIEDADES MECANICAS OBTENIBLES DEL ENSAYO DE TRACCION 1) Módulo Elástico (E) Resistencia a deformación elástica i.e., Rigidez

•

2) Límite Elástico ( e) Resistencia a deformación permanente Operaciones de laminado & estirado

• •

3) Resistencia a la Tracción ( •

tracción)

Usar junto con Factor de Seguridad

2)-3)

e 

tracción

Endurecimiento por deformación Formado metales  “Deformación en frío”

•


15

  E 

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES PROPIEDADES MECANICAS OBTENIBLES DEL ENSAYO DE TRACCION Curva

real -

 real  2)-3)

real

Areal

e 

real

 l   real  ln   l o 

F

tracción

real



K  real

Curva

l a e r

3

ó

“Deformación en frío” o “acritud” 

n



Curva -

2

n



K  real

K, n: Parámetros de endurecimiento por deformación

Estricción

ó Propiedades Mecánicas

16

real

real - real

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES PROPIEDADES MECANICAS OBTENIBLES DEL ENSAYO DE TRACCION

Recuperación de la deformación elástica y endurecimiento por deformación


17

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES PROPIEDADES MECANICAS OBTENIBLES DEL ENSAYO DE TRACCION K, n: Parámetros de endurecimiento por deformación


18

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES PROPIEDADES MECANICAS OBTENIBLES DEL ENSAYO DE TRACCION Resistencia a la Rotura ( rotura) •

Varía mucho por estricción, mejor…

Resistencia a la Tracción (

max

max)

Usada en diseño

•

4) Ductilidad (100x •

rotura)

rotura

Deformación a la rotura

 rotura 

l rotura  l o

También:

•

 Ao  Arotura   100 % RA     Ao  Propiedades Mecánicas

l o  l rotura  l o   100 % EL    l o   19

rotura

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES PROPIEDADES MECANICAS OBTENIBLES DEL ENSAYO DE TRACCION 5) Tenacidad •

Resistir cargas de impacto sin romperse

Area bajo la curva = Area celeste

•



rotura

U Tenacidad   d Unidades Energía/unidad volumen Integración gráfica

• •

rotura


20

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES PROPIEDADES MECANICAS OBTENIBLES DEL ENSAYO DE TRACCION 5) Tenacidad •

Depende al mismo tiempo de resistencia y Ductilidad


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PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES PROPIEDADES MECANICAS OBTENIBLES DEL ENSAYO DE TRACCION 6) Resiliencia •

•

Capacidad de absorción de energía elástica sin (deformación plástica) Area bajo la curva = Area roja



U Re siliencia   d Unidades Energía/unidad volumen Integración gráfica

•

•


22

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES PROPIEDADES MECANICAS OBTENIBLES DEL ENSAYO DE TRACCION


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PROPIEDADES MECÁNICAS Ejemplo: Considerando al Acero 1040 como material estructural responda lo siguiente: (a)Una barra de 20 mm de diámetro de éste material se emplea como pieza estructural en un diseño de ingeniería. La longitud de la barra cuando no está sometida a tensiones es exactamente 1m. La carga estructural sobre la barra es de 9x104 N de tracción. ¿Cuál será la longitud de ésta barra bajo esta carga? (b) Un ingeniero está considerando la posibilidad de realizar un cambio que aumentaría la carga de tracción sobre esta pieza. ¿Cuál es la carga máxima de tracción admisible que no produciría deformación plástica en la barra?


24

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES COEFICIENTE DE POISSON ( ) Mide la contracción transversal debido a un alargamiento.

  

 x  y


25

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES DEFORMACION ELASTICA BAJO CIZALLADURA PURA Tensión o Esfuerzo de Cizalladura ( )

 

AS

F S AS

Deformación a Cizalladura ( )

  tg  

 y z o

AS

Modulo de Rigidez a la Cizalladura (G)

  G Relación entre E y G


E  2G1   26

PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES COEFICIENTE DE POISSON ( ) y MODULO ELASTICO AL CORTE (G)


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PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES EL ENSAYO DE TRACCIÓN Y LA DEFORMACION ELASTICA •

Mecanismo: Relajación de enlaces atómicos

•

•

A escala atómica: Zona elástica es aledaña a pos. Equilibrio (F=0) •

•

Casi línea recta en “F vs. a”

Línea recta p´ F(+) y F(-)

•

Comportamiento similar para Tensión o compresión •


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PROPIEDADES MECÁNICAS Ejemplo: Una barra de Titanio de 0.4 pulgadas de diámetro y longitud 12 pulgadas posee un límite de cedencia igual a 50,000 psi, modulo de elasticidad de 16x106 psi, y un coeficiente de Poisson de 0.30. Determinar la longitud y el diámetro de la barra cuando se aplica una carga de 500 lb.(1 psi = 1lb/pulg 2)


29

PROPIEDADES MECÁNICAS

ENSAYOS EN METALES ENSAYO DE DUREZA

INDENTADOR

Dureza:

Resistencia a penetración Resistencia a deformación plástica localizada

•

•

Superficie de la muestra

Procedimiento: Indentador forzado dentro de material Medir profundidad o tamaño de indentación

•

CARGA

•

Idea: “ indentación>/< dureza” •

Indentador: Mas duro que la muestra Material: Acero, WC-Co, Diamante Forma: de acuerdo al ensayo Medición relativa, no absoluta

•

INDENTACION

•

•

•

Tipos de Ensayos (y escalas) de Dureza : Rockwell, Brinell, Vickers, Knoop, etc. Propiedades Mecánicas

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ENSAYOS EN METALES ENSAYO DE DUREZA Escala de Mohs:

Cualitativa Idea: (+) duro raya a material (-) duro Escala no uniforme Aun usada en Mineralogía

•

•

•

•


31


ENSAYOS EN METALES

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL Escala Cuantitativa Mas usado: Simple & No especialista Varias Escalas: Combinación de “F” & Indentadores Método : 1ero carga menor (10kg) luego Carga mayor (60,100,150 kg)

•

•

•

•


32


ENSAYOS EN METALES

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL

(Carga menor = 10kg)

80HRB Dureza Rockwell

Escala “B”

de “80”

(Carga menor = 3kg)

60HR30W Dureza Rockwell

Escala “30W”

de “60”


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PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES OTROS ENSAYOS DE DUREZA


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PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES ENSAYO DE DUREZA


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PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES CORRELACION ENTRE LA DUREZA Y LA RESISTENCIA A LA TRACCION

Para los Aceros  traccion psi   500 HB  traccion MPa   3.45HB


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PROPIEDADES MECÁNICAS Ejemplo: Cuando una carga de 3000 kg se aplica a una esfera de 10 mm de diámetro en un ensayo Brinell para un acero se produce una indentacion de 3.1 mm. Estimar la resistencia a la tensión del acero.


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PROPIEDADES MECÁNICAS ENSAYOS EN METALES CORRELACION ENTRE LA DUREZA Y LA RESISTENCIA A LA TRACCION La correlación lineal se hace mucho más evidente para Familias de aleaciones (Ej: Fundiciones de hierro dúctiles)

Tensile Strength = Resistencia a la Tracción Yield Strength = Resistencia a la Fluencia Annealed =Recocido As cast = Moldeado Air-quenched=Templado al aire Oil-quenched = Templado en aceite


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PROPIEDADES MECÁNICAS Ejemplo: Hallar todas las propiedades mecánicas posibles con los datos abajo indicados para el acero inoxidable 304


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PROPIEDADES MECÁNICAS Ejemplo: Hallar todas las propiedades mecánicas posibles con los datos abajo indicados para el acero inoxidable 304


40

PROPIEDADES_MECANICAS

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