unidad ii propiedades mecanicas y fisicas de los materiales

8/7/2019 UNIDAD II propiedades mecanicas y fisicas de los materiales

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UNIDAD II

PROPIEDADES MECANICAS Y FISICAS DE LOS MATERIALES.

2.1.- PROPIEDADES MECANICAS DE DIFERENTES MATERIALES.

2.1.1-CONCEPTOS BASICOS.-

- Elasticidad: Consiste en la capacidad de algunos materiales para recobrar su forma y

dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que haba determinado su deformacin.

- Fragilidad: Un material es frgil cuando se rompe fcilmente por la accin de un choque.

- Plasticidad: Aptitud de algunos materiales slidos de adquirir deformaciones permanentes,bajo la accin de una presin o fuerza exterior, sin que se produzca rotura.

2.1.1.1-TIPOS DE CARGA.-

El mtodo de aplicacin de la carga es la base ms comn para designar o clasificar los ensayosmecnicos. Hay tres factores involucrados en la definicin de la manera en que la carga esaplicada: la clase de esfuerzo inducido, la velocidad a la cual la carga se aplica y el nmero de

veces que la carga es aplicada.

En el ensayo mecnico de probetas preparadas hay cinco tipos primarios de cargas; segn lodictado por la condicin de esfuerzo a inducir: tensin, compresin, corte directo, torsin yflexin.

Con respecto al ritmo segn el cual se aplica, los ensayos pueden clasificarse en tres grupos. Sila carga es aplicada durante un periodo de tiempo relativamente corto, pero con lentitudsuficiente para que pueda considerarse que la rapidez del ensayo tenga un efectoprcticamente despreciable sobre los resultados, el ensayo se denomina esttico.

Si la carga es aplicada muy rpidamente de modo que el efecto de la inercia y el factor tiempo

queden involucrados, los ensayos se llaman dinmicos. Si la carga es sostenida durante unlargo periodo, el ensayo se denomina de larga duracin, donde los ensayos de creepconstituyen un caso especial.

Con respecto al nmero de veces que la carga es aplicada, los ensayos pueden clasificarse endos grupos: En el primer grupo, el cual incluye el mayor nmero de ensayos realizado, una solaaplicacin de carga constituye el ensayo. En el segundo grupo, la carga se repite muchas veces,millones si es necesario.


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2.1.1.2.- DIAGRAMA ESFUERZO TENSION DEFORMACION.

Diagrama esfuerzo-deformacin obtenido a partir del ensayo normal a la tensin de unamanera dctil. El punto P indica el lmite de proporcionalidad; E, el lmite elstico Y, laresistencia de fluencia convencional determinada por corrimiento paralelo (offset) segn ladeformacin seleccionada OA; U; la resistencia ltima o mxima, y F, el esfuerzo de fractura oruptura.

El punto P recibe el nombre de lmite de proporcionalidad (o lmite elstico proporcional). ste

es el punto en que la curva comienza primero a desviarse de una lnea recta. El punto E sedenomina lmite de elasticidad (o lmite elstico verdadero). No se presentar ningunadeformacin permanente en la probeta si la carga se suprime en este punto. Entre P y E eldiagrama no tiene la forma de una recta perfecta aunque el material sea elstico. Por lo tanto,la ley de Hooke, que expresa que el esfuerzo es directamente proporcional a la deformacin,se aplica slo hasta el lmite elstico de proporcionalidad.

A) RESISTENCIA A LA TENSION.-La resistencia mxima a la tensin es la tensin mxima alcanzada en la curva de tensin deformacin. Si la muestra desarrolla un decrecimiento localizado en su seccin (unestrangulamiento de su seccin antes de la rotura), la tensin decrecer al aumentar la

deformacin hasta que ocurra la fractura puesto que la tensin se determina usando laseccin inicial de la muestra. Mientras ms dctil sea el metal, mayor ser el decrecimientoen la tensin en la curva tensin-deformacin despus de la tensin mxima.La resistencia mxima a la tensin de un material se determina dibujando una lneahorizontal desde el punto mximo de la curva tensin deformacin hasta el eje de lastensiones (punto TS en la figura 5). La tensin a la que la lnea intercepta al eje de tensinse denomina resistencia mxima a la tensin, o a veces simplemente resistencia a la tensino tensin de fractura.

B) RESISTENCIA DE FLUENCIA.-Esfuerzo mximo necesario para provocar una determinada cantidad de fluencia en un perodo

especifico. Tambin se utiliza para describir el esfuerzo mximo que se puede generar en unmaterial a temperatura constante bajo el cual la velocidad de fluencia disminuye con el

tiempo. Sinnimo de lmite de fluencia.

C) LIMITE ELASTICO.-Es la tensin a la cual un material muestra deformacin plstica significativa. Debido a que nohay un punto definido en la curva de tensin deformacin donde acabe la deformacinelstica y se presente la deformacin plstica se elige el lmite elstico cuando tiene lugar un0.2% de deformacin plstica, como se indica en la figura 6.El lmite elstico al 0.2% tambin se denomina esfuerzo de fluencia convencional a 0.2%.Para determinarlo se procede as:Inicialmente se dibuja una lnea paralela a la parte elstica (lineal) de la grfica tensin

deformacin a una deformacin de 0.002 (m/m pulg/pulg).En el punto donde la lnea intercepta con la parte superior de la curva tensin deformacin,se dibuja una lnea horizontal hasta el eje de tensin.El esfuerzo de fluencia convencional a un 0.2% es la tensin a la que la lnea horizontalintercepta con el eje de tensin.Debe aclararse que el 0.2% se elige arbitrariamente y podra haberse elegido otra cantidadpequea de deformacin permanente.


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D) MODULO DE ELASTICIDAD.-En la primera parte del ensayo de tensin, el material se deforma elsticamente, o sea quesi se elimina la carta sobre la muestra, volver a su longitud inicial. Para metales, lamxima deformacin elstica es usualmente menor a un 0.5%. En general, los metales yaleaciones muestran una relacin lineal entre la tensin y la deformacin en la reginelstica en un diagrama tensin deformacin que se describe mediante la ley de Hooke:

s= E xx

donde, E es el mdulo de elasticidad o mdulo de Youngs es el esfuerzo o tensinx es la deformacinEl mdulo de Young tiene una ntima relacin con la fuerza de enlace entre los tomos en unmaterial. Los materiales con un mdulo elstico alto son relativamente rgidos y no sedeforman fcilmente.Ntese que en la regin elstica del diagrama tensin deformacin el mdulo deelasticidad no cambia al aumentar la tensin.

2.1.2.- PROPIEDADES.-

2.1.2.1.- DUREZA.-

Es una medida de la resistencia de un material a la deformacin permanente (plstica) en su

superficie, o sea la resistencia que opone un material a ser rayado o penetrado.La dureza de una material se mide de varias formas dentro de las cuales se pueden destacar lasdurezas mecnicas y la dureza de Mohs.En las durezas mecnicas se utiliza un penetrador sobre la superficie del material.

2.1.2.2.- MALEABILIDAD.-

Otra variante de la plasticidad, consiste en la posibilidad de transformar algunos metales enlminas delgadas.

2.1.2.3.- DUCTIBILIDAD.-


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Cons

e

na variante de la plasticidad, es la propiedad que poseen ciertos metales para

poder estirarseen forma de hilos finos

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2

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- TENAS

AD.-

Es la propiedad que tienen ciertos materiales desoportar, sin deformarse ni romperse, losesfuerzos bruscos quese les apliquen.

2.2.- PROPIEDADES ELECTRICAS, MAGNETICAS Y TERMICAS

2.2.1.- CONDUCTIVIDAD Y RESISTIVIDAD.-

CONDUCTIVIDAD.-

Es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corrienteelctrica a travs des.

Tambin es definida como la propiedad natural caracterstica decada cuerpo que representa

la facilidad con la que loselectrones (y huecosen el caso de lossemiconductores

pueden

pasar por l. Vara con la temperatura. Es una de lascaractersticas ms importantes de los

materiales. La conductividad es la inversa de la resistividad, por tanto , se designa por la letra

griega sigma minscula (), ysu unidad esel S

m (siemens por metro),+

RESISTIVIDAD.-

Se le llama resistividad al grado de dificultad queencuentran loselectronesen sus

desplazamientos. Se designa por la letra griega rho minscula () yse mideen ohm por

milmetro cuadrado partido de metro (mm/m). Su valor describeel comportamiento de un

material frente al paso decorrienteelctrica, por lo que da una idea de lo buen o mal

conductor quees. Un valor alto de resistividad indica queel material es mal conductor

mientras que uno bajo indicar quees un buen conductor. Generalmente la resistividad de los

metales aumenta con la temperatura, mientras que la resistividad de lossemiconductores

disminuye anteel aumento de la temperatura.

2.2.2.- CONSTANTE DIELECTRICA.-

La const nte dielct ica o pe itividad elativa de un medio continuo es una propiedadmacrosc

pica de un medio dielctrico relacionado con la permitividadelctrica del medio.

en relacin la rapidez de las ondaselectromagnticasen un dielctrico es

donde k es la constante dielctrica y km es la permeabilidad relativa

El nombre proviene de los materiales dielctricos, queson materiales aislantes o muy pococonductores por debajo de una cierta tensin elctrica llamada tensin de rotura. El efecto dela constante dielctrica se manifiesta en la capacidad total de un condensador elctrico ocapacitor. Cuando entre losconductorescargados o paredes que lo forman se inserta unmaterial dielctrico diferente del aire (cuya permitividad es prcticamente la del vaco) lacapacidad de almacenamiento de la carga del condensador aumenta. De hecho la relacinentre la capacidad inicial Ciy la final Cfvienen dada por la constanteelctrica:


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Donde es la permitividad elctrica del dielctrico quese inserta.

Ademsel valor de la constante dielctrica Kde un material defineel grado depolarizacinelctrica de la substancia cuando esta sesomete a un campo elctrico e terior.

2.2.3.- PERMEABILIDAD MAGNETICA.-

En fsicase denomina pe

eabilidad

agntica a la capacidad de una sustancia o medio para

atraer y hacer pasar a travs des loscampos magnticos, la cual est dada por la relacin

entre la induccin magnticae istentey la intensidad decampo magntico que apareceen el

interior de dicho material.

La magnitud as definida, el grado de magnetizacin de un material en respuesta a un campo

magntico, se denomina permeabilidad absoluta ysesuele representar por el smbolo :

dondeBes la induccin magntica (tambin llamada densidad de flujo magntico) en el

material, yHes intensidad decampo magntico.

2.2.4.- CALOR ESPECIFICO.-

El calor especficoes una magnitud fsica quese definecomo la cantidad decalor que hay que

suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinmico para elevar su

temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor especfico

depende de dicha temperatura inicial.[1][2]Se la representa con la letra (minscula).

El calor especfico medio ( ) correspondiente a un cierto intervalo de temperaturas se

defineen la forma:

donde es la transferencia deenerga en forma calorfica en el entreel sistema ysu entorno

u otro sistema, es la masa del sistema (se usa una ncuando se trata del calor especfico

molar) y esel incremento de temperatura quee perimenta el sistema

2.2.5.- CONDUCTIVIDAD TERMICA.-

La conductividadtrmicaes una propiedad fsica de los materiales que mide la capacidad de

conduccin decalor. En otras palabras la conductividad trmica es tambin la capacidad de

una sustancia de transferir la energa cintica desus molculas a otras molculas adyacentes oa substanciascon las queest en contacto. En elSistema Internacional de Unidades la

conductividad trmica se mideen W/(Km). Tambin se lo e! presa en J/(sCm)

La conductividad trmica es una magnitud intensiva. Su magnitud inversa es la resistividad

trmica, quees la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor. Para un

material istropo la conductividad trmica es un escalarkdefinido como:


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donde:

, esel flujo decalor (por unidad de tiempo y unidad de rea).

, esel gradiente de temperatura.

2.2.6.- DILATACION TERMICA.-

A la variacin en las dimensiones de un slido causada por calentamiento (se dilata) o

enfriamiento (secontrae) se denominaDilatacintrmica.

La dilatacin de losslidoscon el aumento de la temperatura ocurre porque aumenta la

energa trmica yesto hace que aumente lasvibraciones de los tomosy molculas que

forman el cuerpo, haciendo que pase a posiciones deequilibrio ms alejadas que las originales.

Este alejamiento mayor de los tomosy de las molculas del slido producesu dilatacin en

todas las direcciones.

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