PROCESOS DE MANUFACTURA 1 ING.MECANICA

UNIVERSIDAD AUTONOMA SAN FRANCISCO

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA

ASIGNATURA : MANUFACTURAS GENERALES

DOCENTE : ELIZABETH FERNANADEZ G.

TEMA : RELACIONES DE ESFUERZO- DEFORMACION

SEMESTRE : III

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PROCESOS DE MANUFACTURA 1 ING.MECANICA

Observaciones: ....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

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INDICE

1. INTRODUCCION………………………………………………………………………………………..…..PAG-4

2. OBJETIVOS…………………………………………………………………………………………….……..PAG-5

3. MARCO TEORICO3.1 ESFUERZO………………………………………………………………………………………….…PAG – 73.2 DEFORMACION……………………………………………………………………………………..PAG-7-8

4. TIPOS DE FUERZA……………………………………………………………………………………..…PAG-8-10

5. LEY DE HOOKE……………………………………………………………………………………………..PAG-10-13

6. MODULO DE YOUNG………………………………………………………………………………….…PAG -13-14

7. CLASIFICACION DE MATERIALES…………………………………………………………………..PAG-15

8. PROPIEDADES DE MATERIALES……………………………………………………………………..PAG-16

9. TIPOS DE MATERIALES………………………………………………………………………………….PAG 17-18

10. PRPIEDADES EN LA RELACION ESFUERZ DEFORMACION………………………………PAG- 19--24

11. MATERIALES FRAGILES………………………………………………………………………………..PAG-25--26

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12. EJEMPLOS…………………………………………………………………………………………………….PAG-27--28

13. CONCLUSIONES……………………………………………….……………………………………………PAG-29

14. RECOMENDACIONES……………………………………………………………………………………..PAG-30

15. BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………………………………PAG 31

1. IntroducciónEl uso de los materiales en las obras de ingeniería hace necesario el conocimiento de las

propiedades físicas de aquellos, y para conocer estas propiedades es necesario llevar a

cabo pruebas que permitan determinarlas. Organismos como la ASTM (American Society for

Testing and Materials) en Estados Unidos, o el ICONTEC en Colombia, se encargan de

estandarizar las pruebas; es decir, ponerles límites dentro de los cuales es significativo

realizarlas, ya que los resultados dependen de la forma y el tamaño de las muestras,

la velocidad de aplicación de las cargas, la temperatura y de otras variables.

Todos los materiales metálicos tienen una combinación de comportamiento elástico

y plástico en mayor o menor proporción.

Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el  sentido de aplicación

de la fuerza. En el caso del ensayo de tracción, la fuerza se aplica en dirección del eje de ella y

por eso se denomina axial, la probeta se alargara en dirección de su longitud y se encogerá en

el sentido o plano perpendicular. Aunque el esfuerzo y la deformación ocurren

simultáneamente en el ensayo, los dos conceptos son completamente distintos.

A escala atómica, la deformación elástica macroscópica se manifiesta como pequeños cambios

en el espaciado interatómico y los enlaces interatómicos son estirados. Por consiguiente, la

magnitud del módulo de elasticidad representa la resistencia a la separación de los átomos

contiguos, es decir, a las fuerzas de enlace interatómicas.A escala atómica, la deformación

plástica corresponde a la rotura de los enlaces entre átomos vecinos más próximos y a la

reformación de éstos con nuevos vecinos, ya que un gran número de átomos o moléculas se

mueven unos con respecto a otros; al eliminar la tensión no vuelven a sus posiciones

originales.

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2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVOS GENERALES

Tiene como objetivo general reconocer los tipos de esfuerzos y deformaciones que se emplean dentro de la mecánica de materiales y a su vez saber aplicarlos tanto en el campo laboral como en la vida cotidiana. Que todo lector pueda comprender y realizar correctamente el cálculo de esfuerzos y deformaciones, además de establecer relaciones entre estos conceptos tomando en cuenta el factor de seguridad para cada uno de los materiales utilizados.

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

identificar los tipos de materiales

realizar pruebas y ensayos

reconocer la diferencia entre esfuerzos y deformaciones

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3. MARCO TEORICO

Probablemente una de las características ingenieriles mas representativas de un material, desde el punto de vista de definir su comportamiento en relación con las necesidades y los usos del ingeniero, es el conjunto de datos de un proceso de provocación respuesta que constituye lo que usualmente se llama la relación o relaciones esfuerzo deformación.

El ingeniero se preocupa fundamentalmente de dos aspectos básicos de los materiales de construcción estos aspectos son la resistencia del material a los esfuerzos a los que se someta y la deformabilidad debido a los. Con las constante elásticas seria posible, en el material ideal, calcular la relación entre los esfuerzos y las deformaciones para otros tipos de prueba que representan condiciones reales distintas de la tensión simple.

Para conocer las propiedades de los materiales, se efectúan ensayos para medir su comportamiento en distintas situaciones. Estos ensayos se clasifican en destructivos y no destructivos. Dentro de los ensayos destructivos, el más importante es el ensayo de tracción.La curva Esfuerzo real - Deformación real (denominada frecuentemente, curva de fluencia, ya que proporciona el esfuerzo necesario para que el metal fluya plásticamente hacia cualquier deformación dada), muestra realmente lo que sucede en el material. Por ejemplo en el caso de un material dúctil sometido a tensión este se hace inestable y sufre estricción localizada durante la última fase del ensayo y la carga requerida para la deformación disminuye debido a la disminución del área transversal, además la tensión media basada en la sección inicial disminuye también produciéndose como consecuencia un descenso de la curva Esfuerzo - Deformación después del punto de carga máxima. Pero lo que sucede en realidad es que el material continúa endureciéndose por deformación hasta producirse la fractura, de modo que la tensión requerida debería aumentar para producir mayor deformación. A este efecto se opone la disminución gradual del área de la sección transversal de la probeta mientras se produce el alargamiento.

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DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIONFIGURA Nº1

Este diagrama generalizado, es un ejemplo de un material dúctil, es decir, que el material fluye después de un cierto punto, llamado punto de fluencia. La ley de Hooke solo es aplicable para la zona elástica, que es la zona que está antes del punto de fluencia, zona donde el material tiene una relación de proporcionalidad del esfuerzo y la deformación unitaria.

3.1 EL ESFUERZO:

El esfuerzo se define aquí como la intensidad de las fuerzas componentes internas distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo. El esfuerzo se define en términos de fuerza por unidad de área. Existen tres clases básicas de esfuerzos: tensivo, compresivo y corte. El esfuerzo se computa sobre la base de las dimensiones del corte transversal de una pieza antes de la aplicación de la carga, que usualmente se llaman dimensiones originales.

3.2 DEFORMACION

La deformación se define como el cambio de forma de un cuerpo, el cual se debe al esfuerzo, al cambio térmico, al cambio de humedad o a otras causas. En conjunción con el esfuerzo directo, la deformación se supone como un cambio lineal y se mide en unidades de longitud. En los ensayos de torsión se acostumbra medir la deformación cómo un ángulo de torsión (en ocasiones llamados detrusión) entre dos secciones especificadas.

Cuando la deformación se define como el cambio por unidad de longitud en una dimensión lineal de un cuerpo, el cual va acompañado por un cambio de esfuerzo, se denomina deformación unitaria debida a un esfuerzo. Es una razón o numero no dimensional, y es, por lo tanto, la misma sin importar las unidades expresadas (figura 2), su cálculo se puede realizar mediante la siguiente expresión:

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e = e / L (14)donde,e : es la deformación unitariae : es la deformaciónL : es la longitud del elemento

Relación entre la deformación unitaria y la deformación.  FIGURA Nº2

Si un cuerpo es sometido a esfuerzo tensivo o compresivo en una dirección dada, no solo ocurre deformación en esa dirección (dirección axial) sino también deformaciones unitarias en direcciones perpendiculares a ella (deformación lateral). Dentro del rango de acción elástica la compresión entre las deformaciones lateral y axial en condiciones de carga uniaxial (es decir en un solo eje) es denominada relación de Poisson. La extensión axial causa contracción lateral, y viceversa.

4. TIPOS DE FUERZAS

4.1 Fuerzas de tensión o tracción: La fuerza aplicada

intenta estirar el material a lo largo de su línea de acción.

. Como se muestra en la siguiente figura. Y viene

dado por la siguiente fórmula:

4.2 Fuerza de Flexión: Las fuerzas externas actúan sobre

el cuerpo tratando de “doblarlo”, alargando unas fibras

internas y acortando otras.

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4.3 Fuerzas de compresión: la Fuerza aplicada intenta

comprimir o acotar al material a lo largo de su línea

de acción.

 

4.4Fuerza de Cizalladura o cortadura: Las fuerzas

actúan en sentidos contrarios sobre dos planos contiguos

del cuerpo, tratando de producir el deslizamiento de uno

con respecto al otro.

4.5Fuerza en torsión: la fuerza externa aplicada intenta

torcer al material. la fuerza externa recibe el nombre de

torque o  momento de torsión.

Cualquier fuerza externa que se aplique sobre un material causa deformación, la cual se

define como  el cambio de longitud a lo largo de la línea  de acción de la fuerza.

Para estudiar la reacción de los materiales a las fuerzas externas que se aplican, se utiliza

el concepto de esfuerzo.

El esfuerzo tiene las mismas unidades de la presión, es decir, unidades de fuerza por

unidad de área. En el sistema métrico, el esfuerzo se mide en Pascales (N/m2). En el

sistema inglés, en psi (lb/in2). En aplicaciones de ingeniería, es muy común expresar  el

esfuerzo en unidades de Kg /cm2.

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4.6Deformación Simple

Se refiere a los cambios en las dimensiones de un miembro estructural cuando se

encuentra sometido a cargas externas.

Estas deformaciones serán analizadas en elementos estructurales cargados axialmente,

por lo que  entre las cargas a estudiar estarán las de tensión o compresión.

Ejemplo

- Los miembros de una armadura.

- Las bielas de los motores de los automóviles.

- Los rayos de las ruedas de bicicletas.

- Etc.

4.7Deformación unitaria

Todo miembro sometido a cargas  externas se deforma debido a la acción de fuerzas.

La deformación unitaria, se puede definir como la relación existente entre

la deformación total y la longitud inicial del elemento, la cual permitirá determinar

la deformación del elemento sometido a  esfuerzos de tensión o  compresión axial. Por lo

tanto la ecuación que define  la deformación unitaria un material sometido a cargas

axiales está dada por:

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5. LEY DE HOOKE

Robert Hooke fue el primero en establecer esta relación por medio de la invención de

un volante para resorte para reloj. En términos generales, Hooke descubrió que

cuando una fuerza F, actúa sobre un resorte, produce en él un alargamiento s que es

directamente proporcional a la magnitud de la fuerza aplicada. La Ley de Hooke se

representa como:

F = ks.

La constante de proporcionalidad k varía mucho de acuerdo con el tipo de material y

recibe el nombre de constante del resorte. Para el ejemplo anterior, la constante del

resorte es de: k = F/s = 20 N/cm

La Ley de Hooke no se

limita al caso de los

resortes en espiral; de

hecho, se aplica a la

deformación de todos los

cuerpos elásticos. Para que

la Ley pueda aplicar de un

modo más general, es

conveniente definir los

términos esfuerzo y deformación. El Esfuerzo se refiere a la causa de una deformación

elástica, mientras que la deformación se refiere a su efecto, es decir a la deformación

en sí misma. Existen 3 tipos de esfuerzos, los de tensión, de compresión y cortantes, en

este subtema, nos centraremos a analizar el esfuerzo de tensión que se presenta

cuando fuerzas iguales y opuestas se apartan entre sí como se ve en la figura siguiente:

La eficacia de cualquier fuerza que produce un esfuerzo depende en gran medida del

área sobre la que se distribuye la fuerza, por ello una definición más completa del

esfuerzo se puede enunciar de la siguiente forma:

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W

F

F

Tensión

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Esfuerzo: es la razón de una fuerza aplicada entre el área sobre el cual actúa, por

ejemplo Newtons/m2, o libras/ft2.

Deformación: es el cambio relativo en las dimensiones o en la forma de un

cuerpo como resultado de la aplicación de un esfuerzo.

En el caso de un esfuerzo de tensión o de compresión, la deformación puede

considerarse como un cambio en la longitud por unidad de longitud.

El límite elástico es el esfuerzo máximo que puede sufrir un cuerpo sin que la

deformación sea permanente. Por ejemplo, un cable de aluminio cuya sección

transversal es de 1 pulg2, se deforma permanentemente si se le aplica un esfuerzo de

tensión mayor de 19000 libras. Esto no significa que el cable se romperá en ese punto,

sino que únicamente que el cable no recuperará su tamaño original. En realidad, se

puede incrementar la tensión hasta casi 21000 libras antes de que el cable se rompa.

Esta propiedad de los metales les permite ser convertidos en alambres de secciones

transversales más pequeñas. El mayor esfuerzo al que se puede someter un alambre

sin que se rompa recibe el nombre de límite de rotura.

Si no se excede el límite elástico, de un material, podemos aplicar la Ley de Hooke a

cualquier deformación elástica. Dentro de los límites para un material dado, se ha

comprobado experimentalmente que la relación de un esfuerzo determinado entre la

deformación que produce es una constante. En otras palabras, el esfuerzo es

directamente proporcional a la deformación.

La Ley de Hooke, establece:

Siempre que no se exceda el límite elástico, una deformación elástica es directamente

proporcional a la magnitud de la fuerza aplicada por unidad de área (esfuerzo).

Si llamamos a la constante de proporcionalidad el módulo de elasticidad, podemos

escribir la Ley de Hooke en su forma más general:

Módulo de elasticidad = esfuerzo

Deformación

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Los esfuerzos y deformaciones son longitudinales cuando se aplican a alambres,

varillas, o barras. El esfuerzo longitudinal está dado por:

Esfuerzo longitudinal = F/A.

La unidad del esfuerzo longitudinal en el Sistema Internacional es el Newton/metro

cuadrado, el cual se redefine como Pascal:

1 Pa = 1 N/m2.

En el Sistema Inglés es la libra por pulgada cuadrada:

1 lb/in2= 6895 Pa = 6.895 kPa.

El efecto del esfuerzo de tensión es el alargamiento del alambre, o sea un incremento

en su longitud. Entonces, la deformación longitudinal puede representarse mediante el

cambio de longitud por unidad de longitud, podemos escribir:

Deformación longitudinal = ∆l/l

Donde l es la longitud original, ∆l es la elongación (alargamiento total). Se ha

demostrado experimentalmente que hay una disminución similar en la longitud como

resultado de un esfuerzo de compresión. Las mismas ecuaciones se aplican ya sea que

se trate de un objeto sujeto a tensión o de un objeto a compresión.

6. MODULO DE YOUNG

Si definimos el módulo de elasticidad longitudinal o módulo de Young Y, podemos

escribir la ecuación de esfuerzo entre deformación como:

Módulo de Young = esfuerzo longitudinal Deformación longitudinal

Y = F/A = Fl ∆l/l A∆l

Las unidades del módulo de Young son las mismas que las unidades de esfuerzo, libras

por pulgada cuadrada o Pascales. En el cuadro siguiente se observan algunos valores

del módulo de Young para algunos materiales, tanto en el Sistema Internacional como

en el Sistema Inglés.

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Material Módulo de Young el el Sistema

Internacional. Y (MPa) 1 MPa = 1 x

106 Pa.

Módulo de Young en el Sistema Inglés

(lb/in2)

Límite elástico en MPa

Aluminio 68900 10 x 106. 131Latón 89600 13 x 106. 379Cobre 117000 17 x 106. 159Hierro 89600 13 x 106. 165Acero 207000 30 x 106. 248

Problemas de esfuerzos longitudinales.

1.- Un alambre de teléfono de 120 m de largo, y 2.2. mm de diámetro se estira debido a

una fuerza de 380 N. ¿Cuál es el esfuerzo longitudinal? Si la longitud después de ser estirado

es de 120.10 m . ¿Cuál es la deformación longitudinal?. Determine el módulo de Young para el

alambre?.

Solución: El área de la sección transversal del alambre es de

A = Dπ 2 = (3.14) (2.2 x 10 -3 m) 2 = 3.8 x 10-6 m2. 4 4

Esfuerzo = F/A = 380 N = 100 x 106 N/m2. = 100 MPa. 3.8 x 10-6 m2.

Deformación = ∆l/l = 0.10 m/120 m = 8.3 x 10-4.

Y = esfuerzo/deformación = 100 MPa/8.3 x 10-4. = 120000 MPa.

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CLASIFICACIÓN DE LOS ESFUERZOS

ESFUERZOS NORMALESSon producidos por cargas que tienden a trasladar a las secciones transversales en un determinado sentido

ESFUERZOS TANGENCIALESSon generados por pares de cargas, que actúan en el plano de las secciones transversales y tienden a producir sus giros o deslizamientos.

TRACCIÓN Y COMPRESIÓNSe obtiene cuando las fuerzas exteriores, de igual magnitud, dirección y sentido contrario, tienden a estirar (tracción) o aplastar (compresión) el material según el eje en que actúan.

TORSIÓNSe origina por efecto de pares que actúan sobre los ejes de las secciones transversales, produciendo el giro de las mismas en sus planos.

FLEXIÓNTiene lugar cuando se producen pares de fuerzas perpendiculares al eje, que provocan el giro de las secciones transversales con respecto a las inmediatas.

CORTELas fuerzas actúan normales al eje del cuerpo, desplazando entre sí las secciones inmediatas.

7.CLASIFICACION DE LOS ESFUERZOS

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8. PROPIEDAD DE LOS MATERIALES

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

PROPIEDADES SENSORIALES

PROPIEDADES OPTICAS

PROPIEDADES QUIMICAS

PROPIEDADES TERMICAS

PROPIEDADES MAGNETICAS

PROPIEDADES MECANICAS

PROPIEDADES TECNOLOGICAS

Reacción o comportamiento de los materiales frente al los sentidos forma color brillo

Resistencia o reacción de un material cuando la luz incide sobre el

Opacos transparentes

Comportamiento de los materiales frente al fenómeno de la oxidación y corrosión

Reacción de los materiales frente al calor

Reacción frente a campos magneticos

Elasticidad Plasticidad Fragilidad Dureza tenacidad

fatiga resilencia

fluencia Tenacidad

Ductibilidad Maleabilidad Fisubilidad Maquinabilidad Colabiliada solabilidad

9. TIPOS DE MATERIALES9.1 MATERIALES METÁLICOS: Los

materiales metálicos son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o más elementos metálicos, pudiendo contener algunos elementos no metálicos. Los metales tienen una estructura cristalina en la que los átomos están dispuestos de manera ordenada. Los metales son en general buenos conductores eléctricos y térmicos. Muchos metales son relativamente resistentes y dúctiles a temperatura ambiente y otros mantienen alta resistencia, incluso a temperaturas elevadas.Los metales y aleaciones se dividen en metales y aleaciones férreas, que contienen un alto porcentaje de hierro, como el acero o las fundiciones de hierro, y metales y aleaciones no férreas, que carecen de hierro o solo contienen cantidades relativamente pequeñas.

9.2 MATERIALES POLIMERICOS: La mayoría de los materiales poliméricos están formados por largas cadenas o redes de moléculas orgánicas. Estructuralmente, la mayoría de los materiales polímericos no son cristalinos, pero algunos constan de mezclas de regiones cristalinas y no cristalinas. La resistencia y ductilidad de estos materiales varía enormemente. Debido a la naturaleza de su estructura interna, la mayoría son malos conductores de la electricidad. Algunos de estos materailes son buenos aislantes, de ahí su aplicación como aislantes eléctricos. En general, los materiales poliméricos tienen bajas densidades y relativamente bajas termperaturas de reblandecimiento o descomposición.

9.3 MATERIALES CERÁMICOS: Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos cohesionados químicamente. Los materiales cerámicos pueden ser cristalinos y no cristalinos o mezcla de ambos. La mayoría de los materiales cerámicos tienen elevada dureza y alta resistencia a elevadas temperaturas, pero tienden a ser frágiles. Las ventajas de los materiales cerámicos para su uso técnico se resumen en bajo peso, alta resistencia y dureza, alta resistencia al calor y al desgaste, poca fricción y propiedades aislantes. Las propiedades aislantes, junto con la alta resistencia al calor y al desgaste de muchos materiales cerámicos, los hace útiles en revestimientos de hornos para

tratamientos térmicos y fusión de metales como el acero. Una importante aplicación de los cerámicos son las losetas cerámicas del transbordador espacial. Estos componentes protegen térmicamente la estructura interna de aluminio del transbordador durante el lanzamiento y la reentrada en la atmósfera terrestre

9.4 MATERIALES COMPUESTOS: Los materiales compuestos son mezclas de dos o más materiales. La mayoría de ellos constan de un determinado material de refuerzo y una resina aglomerante compatible con objeto de obtener las características específicas y propiedades deseadas. Normalmente, los componentes no se disuelven recíprocamente y pueden ser identificados físicamente gracias a la interface entre los mismos. Los materiales compuestos pueden ser de muchos tipos. Los que predominan son los fibrosos (compuestos de fibras en una matriz) y los particulados (compuesto de partículas en una matriz). Existen muchas combinaciones diferentes de materiales de refuerzo y matrices que se pueden usar para producir materiales compuestos. Dos clases de materiales compuestos modernos son la fibra de vidrio que refuerza una matriz de poliéster o de resina epoxi y las fibras de carbono en una matriz epoxídica.

9.5 MATERIALES ELECTRÓNICOSLos materiales electrónicos no son importante por su volumen, pero sí por su avanza tecnología. El más importante de los materiales electrónicos es el silicio puro, al cual se lo puede modificar de distintas maneras para cambiar sus características electrónicas. Los dispositivos micro electrónicos han hecho posible nuevos productos, como los satélites de comunicaciones, las computadoras avanzadas, las calculadoras de bolsillo, los relojes digitales y los robots para soldar.

10. PROPIEDADES EN LAS RELACIONES ESFUERZO-DEFORMACION:

El comportamiento mecánico de los materiales se describe a través de sus propiedades mecánicas, que son el resultado de ensayos simples e idealizados. Estos ensayos están diseñados para representar distintos tipos de condiciones de carga. Las propiedades de un material que aparecen reportadas en diversos manuales, son los resultados de estas pruebas.

10.1 PROPIEDADES ANTE LA TENSION:

Procedimiento mas común la relación esfuerzo-deformación, en particular en los metales,, Es una prueba de estiramiento de los materiales en la cual se analizan los fenómenos presentes en éste, mientras se va incrementando una fuerza aplicada hasta producir la fractura

FIGURA Nº 1 PRUEBA DE TENSIONA) La fuerza de tensión que se aplica en 1) y 2) da como resultado el estiramiento del

material B)espécimen de prueba común C) disposición de la prueba de tensión

El ejemplar tiene una longitud original y un área. La longitud se mide como la distancia entre marcas de medición y el área como la sección transversal del espécimen. Durante la prueba de un metal el ejemplar se estira luego le aparece un estrangulamiento y por ultimo se fractura como se muestra en la imagen nº 2. Hay dos tipos de diferentes de curvas esfuerzo-deformación:

1.- CURVA DE ESFUERZO –DEFORMACION DE INGENIERIA: importante para el diseño, en una prueba de tensión que se define en relación con el area y longitud originales del espécimen de prueba, dichos alores son importantes para el diseñador

Figura nº2: 1) inicia la prueba sin carga, 2) estiramiento uniforme y reducción de área en la sección transversal, 3) continuación del estiramiento, se alcanza la carga máxima, 4) formación de un estrangulamiento l a carga

comienza a disminuir,5) fractura ; si los elementos se unen se es posible medir la longitud final como se ve en 6)

El esfuerzo de ingeniería en cualquier punto de curva se define como la fuerza dividida entre el área original

La deformación de ingeniería en cualquier punto de la prueba esta dad por

FIGURA Nº3 GRAFICA NORMAL DE ESFUERZO-DEFORMACION DURANTE UNA PRUEBA DE TENSION DE METAL

2.-ESFUERZO-DEFORMACION VERDADERA:Importante para la manufactura

RESISTENCIA DE VENCIMIENNTO Y RESISTENCIA A LA TESION DE METALES SELECCIONADOS

RESISTENCIA DE DEFORMACION

RESISTENCIA A LA TENSION

RESISTENCIA DE DEFORMACION

RESISTENCIA A LA TENSION

METAL Mpa Ib/in2 Mpa Ib/in2 METAL Mpa Ib/in2 Mpa Ib/in2ALUMINIO TEMPLADO 28 4000 69 10000 NIQUEL ,TEMPLADO 150 22000 450 65000ALUMINIO CW 105 15000 125 18000 ACERO BAJO C 175 25000 300 45000ALEACIONES DE ALUMINIO 175 25000 350 50000 ACERO ALTO C 400 60000 600 90000HIERRO COLADO 275 40000 275 40000 ACERO,ALEACIONES 500 75000 700 100000COBRE, TEMPLADO 70 10000 205 30000 ACERO,INOXIDABLE 275 40000 650 95000ALEACIONES DE COBRE 205 30000 410 60000 TITANIO PURO 350 50000 515 75000ALEACIONES DE MAGNESIO 175 25000 275 40000

ALEACIONES DE TITANIO 800 120000 900 130000

FIGURA Nº 4

La cantidad de deformaciones que el material es capaz de soportar antes de que ocurra la falla también es una propiedad mecánica de interés para muchos procesos de manufactura. La medición común de esta propiedad es la ductibilidad que es la capacidad que tiene el material de deformarse plásticamente sin sufrir una fractura. Esta medición se toma ya sea como elongación o como reducción de área se define como

DONDE L0 LONGITUD ORIGINAL DEL ESPECIMEN, mm (in) DONDE L1 LONGITUD AL OCURRIR LA FRACTURA mm (in)

FIGURA Nº5CURVA ESFUERZO-

DEFORMACION VERDADEROS

El endurecimiento por deformación o endurecimiento por trabajo como se le denomina

con frecuencia es un factor importante e cietos procesos de manufactura en particular en la laminación del metal .

TIPOS DE RELACIONES ESFUERZO – DEFORMACION: Son tres las formas básicas de relación que describen el comportamiento de casi todos materiales sólidos

a) Perfectamente elástico: El comportamiento de este material queda definido por completo por su rigidez, indicada por el modulo de elasticidad E , en lugar de producir n flujo plástico, se fractura. Los materiales frágiles como los cerámicos muchos tipos de hierro colado y polímeros termoestables.

b) Elástico y perfectamente plástico :Este material tiene una rigidez definida por E, una vez que se alcanza la resistencia de deformación Y el material se deforma plásticamente con el mismo nivel de esfuerzo. La curva de flujo esta dada por K=Y.yn=0, Los metales se comportan de esta manera cuando se calientan a temperaturas suficientes

altas que los recristalizan en lugar de endurecerlos por deformación durante su trabajo. El plomo presenta este comportamiento a tº ambiente porque esta es superior al punto de re cristalización del plomo.

c)Elástico y endurecimiento por deformación: Este material obedece a la ley de hooke en la región elástica . comienza a fluir a su resistencia de deformación Y , una deformación continua requiere un esfuerzo siempre incremental , dad por una curva de flujo cuyo coeficiente de resistencia K es mayor que” Y” y cuyo exponente de endurecimiento por deformación “n” es mayor que cero. La curva de flujo por lo general se representa como función lineal en una grafica hecha en papel logarítmico. la mayor parte de metales dúctiles se comportan de este modo cuando se trabajan en frio.

10.2 PROPIEDADES ANTE LA COMPRESION:

Una prueba de compresión aplica un carga que comprime una muestra cilíndrica colocada entre dos placas , conforme se comprime su altura se reduce y el area de sus sección transversal se incrementa (1) el esfuerzo de ingeniería se define como : donde A0 es la área original del espécimen , y la (2)deformación de ingeniería de se define como . donde H es la altura del espécimen en un momento particular de la prueba mm(in) h 0 es la atura inicial mm(in) debido a que durante la compresión la altura disminuye , el valor de “e” será negativo , el signo negativo por lo general se ignora cuando se expresan los valores de la deformación por compresión

(1) (2)

FIGURA Nº 6Prueba de compresión a)fuerza de compresión que se aplica al ejemplar de prueba 1) y 2) cambio resultante de la altura y b)disposición de la altura exagerando el tamaño del espécimen de prueba

FIGURA Nº7CURVA ESFUERZO-DEFORMACION COMUN DE INGENIERIA, PARA UNA PRUEBA DE COMPRESION

Las operaciones de compresión en la forja de metal son mucho más comunes que las de estiramiento. Los procesos importantes de compresión en la industria incluyen el laminado. Forjado y extrusión.

10.3DOBLADO Y PRUEBA DE MATERIALES FRAGILES:

FIGURA Nº8

EL DOBLADO DE UNA SECCION TRANSVERSAL RECTANGULAR PRODUCE EN EL MATERIAL ESFUERZOS TANTO DE TENSION COMO DE COMPRESION 1) CARGA INICIAL 2) ESPECIMEN

CON MUCHO ESFUERZO 3) PIEZA DOBLADA

Las operaciones de doblado se emplean para formar placas y hojas metálicas. el proceso de doblar una sección transversal rectangular , sujeta al material a esfuerzos de tensión ( y deformación ) en la mitad externa de la sección que se dobla y a esfuerzos de compresión ( y deformaciones) en la mitad interior . si el material no se fractura queda doblado en forma permanente ( plásticamente)

Los materiales duros y frágiles que tienen elasticidad pero poca o ninguna plasticidad, con frecuencia se prueban con un método que sujeta a la muestra una carga flexionante las pruebas de doblado también conocidas como pruebas de flexión se utiliza para probar la resistencia de los materiales . la falla ocurre por lo general porque se excede la resistencia final de tensión de las fibras exteriores del espécimen . esto da como resultado un agretamiento o clivaje modo de falla que se asocia con las cerámicas y metales que operan a tº de uso bajas en el que en vez de separación ocurre deslizamiento a lo largo de los planos cristalográficos el valor de resistencia obtenido de esta prueba se denomina resistencia a la ruptura transversal y se calcula con la formula sgte.

10.4PROPIEDADES ANTE LA CORTANTE

Una cortante comprende la aplicación de esfuerzos en direcciones opuestas sobre ambos lados de un elemento delgado a fin de deformarlo se 1) el esfuerzo se identifica y la 2) deformación cortante

1)

2)

Es común probar el esfuerzo y deformación cortantes por medio de una prueba de torsión. en la industria son comunes los procesos cortantes . la acción cortante se utiliza para cortar laminas metálicas en operaciones de cizadillo, punzonado y otras al maquinar el material se retira por medio del mecanismo de deformación cortante

FIGURA Nº9

CURVA COMUN ESFUERZO-DEFROMACION CORTANTE A PATIR DE UAN PRUEBA DE

TORSION

11.MATERIALES FRAGILES

Las típicas clases de fracturas en materiales metálicos son fractura dúctil, fractura frágil, fractura por fatiga, fractura por Creep y fractura debida al medio ambiente.1.5.1.2. Características del diagrama esfuerzo-deformación para materiales frágiles (Realice la gráfica). Compare con el diagrama para materiales dúctiles.En materiales frágiles, incluyendo muchos cerámicos, el esfuerzo de cadencia, la resistencia a la tensión y el punto de ruptura tienen un mismo valor. En muchos materiales frágiles no se puede efectuar con facilidad el ensayo de tensión debido a la presencia de defectos de superficie. Mientras que en los materiales dúctiles la curva esfuerzo-deformación generalmente pasa por un valor máximo, este esfuerzo máximo es la resistencia del material a la tensión. La falla ocurre a un esfuerzo menor después de que el encuellamiento ha reducido el área de la sección transversal que soporta la carga.

Diagrama de tensión–deformación típico de un acero de bajo límite de fluencia.

En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos puntos

fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se representa

gráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la sección de la

probeta). En general, la curva tensión-deformación así obtenida presenta cuatro zonas

diferenciadas:

1. Deformaciones elásticas: Las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son

de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su

forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se

denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos

los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser

muy diferentes. La tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina

límite de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. Pueden existir dos

zonas de deformación elástica, la primera recta y la segunda curva, siendo el límite de

proporcionalidad el valor de la tensión que marca la transición entre ambas.

Generalmente, este último valor carece de interés práctico y se define entonces un

límite elástico (convencional o práctico) como aquél para el que se produce un

alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene trazando una recta

paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación inicial igual a la

convencional.

2. Fluencia o cedencia. Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la

carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos

de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su

deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente.

Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la

deformación bruscamente. La deformación en este caso también se distribuye

uniformemente a lo largo de la probeta pero concentrándose en las zonas en las que

se ha logrado liberar las dislocaciones (bandas de Lüders). No todos los materiales

presentan este fenómeno, en cuyo caso la transición entre la deformación elástica y

plástica del material no se aprecia de forma clara.

3. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta

recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las

deformaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica.

4. Estricción. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte

central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta,

momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la

rotura de la probeta por esa zona. La estricción es la responsable del descenso de la

curva tensión-deformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura,

sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente hasta el

comienzo de la estricción) entre la sección inicial: cuando se produce la estricción la

sección disminuye (y por tanto también la fuerza necesaria), disminución de sección

que no se tiene en cuenta en la representación gráfica. Los materiales frágiles no

sufren estricción ni deformaciones plásticas significativas, rompiéndose la probeta de

forma brusca. Terminado el ensayo se determina la carga de rotura, carga última o

resistencia a la tracción: la máxima resistida por la probeta dividida por su sección

inicial, el alargamiento en (%) y la estricción en la zona de la rotura.

Otras características que pueden caracterizarse mediante el ensayo de tracción son

la resiliencia y la tenacidad, que son, respectivamente, las energías elástica y total absorbida y

que vienen representadas por el área comprendida bajo la curva tensión-deformación hasta el

límite elástico en el primer caso y hasta la rotura en el segundo.

12. EMPRESAS ENCARGADAS DE PRUEBAS Y ENSAYOS Y/O RELACIONADAS

Ejemplo 1: 

Los tensores de una troqueladora son de aleación de acero AISI 5160 OQT 1000. El diámetro de cada tensor es de 2 plg y su longitud inicial de 68.5 plg. Se aplica una fuerza de tensión axial de 4000 lb a cada tensor durante el funcionamiento de la troqueladora. Calcular la deformación de los tensores.  IBERICA AG - colombia

Ejemplo 2:

 Un péndulo se compone de una esfera de 10.0 kg que cuelga de un alambre de aluminio de 1.00 mm de diámetro y 6.30 m de longitud. El aluminio es una aleación 7075-T6. Calcule el alargamiento del alambre que se origine por el peso de la esfera de 10.0 kg .

Ejemplo 8: Un eslabón de tensión de una máquina debe tener 610 mm de longitud y se somete a carga axial repetida de 3000N. Se propone que el eslabón se fabrique de acero y que su sección transversal sea cuadrada. Determine las dimensiones que se requieren del eslabón si el alargamiento debido a la carga no debe exceder de 0.05 mm .

 la carga torsional de un tubo de pared delgada puede arrojar pandeo-causado por los esfuerzos compresivos inducidos; o en una viga de madera, bajo carga flexionante, la falla puede iniciarse por el pandeo localizado de las fibras de madera en la superficie en compresión de la viga.

PLANTA TSUKUBA

El Centro de Producción de Tsukuba constituye la instalación de producción de metal duro más reciente y más sofisticada de Mitsubishi. Construida tan solo hace algunos años, con un coste de 200 millones de dólares, esta planta de producción, dotada de alta tecnología y automatizada, destaca por su alto grado de automatización, desde los sistemas de transporte robotizados, pasando por el diseño de productos asistido por ordenador hasta llegar a la explotación sin operarios, las 24 h del día, de la prensa estampadora de metal duro automatizada.

Instalaciones Desarrollo de Herramientas de Metal Duro

Materiales de Herramientas

Herramientas de Torneado

Herramientas de Fresado

Herramientas integrales

Placas intercambiables Plaquitas

Intercambiable

El Centro de Producción de Tsukuba sigue siendo uno de los fabricantes de metal Duro con mayor productividad y calidad a bajo coste del mundo.

13. CONCLUSIONES

Las fuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro del material por lo que se distribuyen en toda el área; justamente se denomina esfuerzo a la fuerza por unidad de área. La resistencia del material no es el único parámetro que debe utilizarse al diseñar o analizar una estructura; controlar las deformaciones para que la estructura cumpla con el propósito para el cual se diseñó tiene la misma o mayor importancia. Los materiales, en su totalidad, se deforman a una carga externa. Se sabe además que, hasta cierta carga límite el sólido recobra sus dimensiones originales cuando se le descarga. La recuperación de las dimensiones originales al eliminarla carga es lo que caracteriza al comportamiento elástico. La carga límite por encima de la cual ya no se comporta elásticamente es el límite elástico. Al sobrepasar el límite elástico, el cuerpo sufre cierta deformación permanente al ser descargado, se dice entonces que ha sufrido deformación plástica. El comportamiento general de los materiales bajo carga se puede clasificar como dúctil o frágil según que el material muestre o no capacidad para sufrir deformación plástica. Los materiales dúctiles exhiben una curva Esfuerzo -Deformación que llega a su máximo en el punto de resistencia a la tensión. En materiales más frágiles, la carga máxima o resistencia a la tensión ocurre en el punto de falla. En materiales extremadamente frágiles, como los cerámicos, el esfuerzo de fluencia, la resistencia a la tensión y el esfuerzo de ruptura son iguales

16. RECOMENDACIONES

Al analizar el comportamiento de los materiales como el acero y el aluminio podemos concluir que el aluminio demora más para quebrarse que el acero al momento de aplicarle un torque debido a l estructura de dicho material.

Podemos concluir que el esfuerzo cortante máximo al que esta sometido el acero es mayor que el esfuerzo cortante máximo al que esta sometido el aluminio.

Observamos que el esfuerzo cortante máximo del acero y del aluminio son muy idénticos a los cortantes promedios obtenidos.

17. BIBLOGRAFIA

WIKIPEDIA

LAS RELACIONES DE ESFUERZO Y DEFORMACION

SCRIPP

ESFUERZO Y DEFORMACION

MONOGRAFIAS.COM

LIBRO DE LA UNIVERSIDAD DE SAN JOSE

ESFUERZO Y DEFORMACION

RINCON DEL VAGO