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Ciencia de los materiales II M. en C. José Rubén Aguilar Sánchez.
Cédula profesional: 1057705

impresión en forma de diamante, y El esfuerzo y la deformación
tiene diagonales largas y cortas a una ingenieriles se definen mediante las
razón aproximada de 7:1. la forma ecuaciones siguientes:
piramidal empleada tiene incluidos F
ángulos longitudinales de 172°30’ y σ=
Ao
ángulos transversales de 130°. l − lo
La profundidad de impresión es como ε=
de 1/30 de su longitud. lo
Por lo general, se utilizan tablas para Donde:
convertir la longitud diagonal medida σ = Esfuerzo ingenieril
al número de dureza Knoop (HK), o ε = Deformación ingenieril
mediante la fórmula siguiente: Ao = Área de la probeta
HK = 14.229 L Io = Distancia original
d2 I = distancia entre las mismas
Donde: F = fuerza
L = Carga aplicada, en kg.
d = Longitud de la diagonal mayor, La curva esfuerzo-deformación se
en mm. utiliza para registrar los resultados del
ensayo de tensión.
3.2.TENSIÓN.
PROPIEDADES DEL ENSAYO DE
El ensayo de tensión es la realizada TENSIÓN.
más frecuentemente para determinar
ciertas propiedades mecánicas, mide A partir de un ensayo de tensión se
la resistencia de un material a una puede obtener información
fuerza estática o gradualmente relacionada con la resistencia, rigidez
aplicada. y ductilidad de un material.
USO DEL DIAGRAMA ESFUERZO- Esfuerzo de Cedencia.

DEFORMACIÓN.
Es el esfuerzo al cual la deformación
La probeta se coloca en la máquina plástica se hace importante. El
de pruebas y se le aplica una fuerza esfuerzo de cedencia es, por lo tanto,
F, que se conoce como carga. Para el esfuerzo que divide los
medir el alargamiento del material comportamientos elástico y plástico
causado por la aplicación de fuerza del material. Si se desea diseñar un
en la longitud calibrada se utiliza un componente que no se deforme
extensómetro. plásticamente, se debe seleccionar
un material con un límite elástico
Esfuerzo y Deformación Ingenieriles. elevado, o fabricar el componente de
Para un material dado, los resultados tamaño suficiente para que la fuerza
de un solo ensayo son aplicables a aplicada produzca un esfuerzo que
todo tamaño y formas de muestras, si quede por debajo del esfuerzo de
se convierte la fuerza en esfuerzo y la cedencia.
distancia entre marcas calibradas en
deformación.
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Resistencia a la tensión. 3.3.Compresión
El esfuerzo obtenido de la fuerza más Introducción

alta aplicada es la resistencia a la
tensión, que es el esfuerzo máximo El ensayo de compresión es poco
sobre la curva esfuerzo-deformación frecuente en los metales y consiste
ingenieril. En muchos materiales en aplicar a la probeta, en la
dúctiles, la deformación no se dirección de su eje longitudinal,
mantiene uniforme. una carga estática que tiende a
provocar un acortamiento de la
En cierto momento, una región se misma y cuyo valor se irá
deforma más que otras y ocurre una incrementando hasta la rotura o
reducción local de importancia en la suspensión del ensayo.
sección recta.
El diagrama obtenido en un ensayo
de compresión presenta para los
Propiedades Elásticas.
aceros, al igual que el de tracción
un periodo elástico y otro plástico.
El módulo de elasticidad o módulo de
Young (E) es la pendiente de la curva En los gráficos de metales
esfuerzo-deformación en su región sometidos a compresión, que
elástica. indica la figura siguiente obtenidas
El módulo es una medida de la sobre probetas cilíndricas de una
rigidez del material. Un material altura doble con respecto al
rígido, con un alto módulo de diámetro, se verifica lo expuesto
elasticidad, conserva su tamaño y su anteriormente, siendo además
forma incluso al ser sometido a una posible deducir que los materiales
carga en la región elástica. frágiles (fundición) rompen
prácticamente sin deformarse, y los
Ductilidad. dúctiles, en estos materiales el
ensayo carece de importancia, ya
La ductilidad mide el grado de que se deforman continuamente
deformación que puede soportar un hasta la suspención de la
material sin romperse. aplicación de la carga, siendo
posible determinar únicamente, a
Efecto de la Temperatura. los efectos comparativos, la tensión
al limite de proporcionalidad.
Las propiedades a la tensión En los gráficos de metales
dependen de la temperatura. El sometidos a compresión, que
esfuerzo de cedencia, la resistencia a indica la figura siguiente obtenidas
la tensión y el módulo de elasticidad sobre probetas cilíndricas de una
disminuyen a temperatura más altas, altura doble con respecto al
en tanto que, por lo general, la diámetro. Se verifica lo expuesto
ductilidad se incrementa. anteriormente.
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MATERIAL APORTADO POR : JULIO HERNAN NAVARRO ARHUATA
I.- PROPIEDADES MECÁNICAS

Nuestro interés está en poder predecir el comportamiento de los materiales. Para
ello los sometemos a ensayos de donde deducimos sus propiedades mecánicas
I.1.- ESFUERZO VS DEFORMACIÓN

Ensayo de Tracción
Para medir el esfuerzo frente a la deformación
existe una máquina universal de ensayos
En esta máquina la célula de carga se encarga
de ir poniendo cada vez más carga a la velocidad
que le hemos indicado.
La mordaza sujeta el espécimen o probeta a
medir.
Dichas probetas han de estar normalizadas, es
decir, han de cumplir unas ciertas normas para que
los resultados del ensayo a tracción se puedan
comparar y esas normas son las siguientes: si la
probeta es de sección rectangular o circular.

Esta máquina nos proporciona una curva Carga-
Alargamiento (Load- Elongation). Partiendo de esta
gráfica y sin más que modificar las escalas vertical y
horizontal obtenemos la curva Esfuerzo-
Deformación.
Curva Esfuerzo-Deformación
F
Esfuerzo (σ): σ = Donde F es la carga (Fuerza) y A0 es la sección inicial de la
A0
probeta
l − l0 Δl
Deformación (ε): ε = =
l0 l0
Así pues está curva se obtiene a partir de la curva carga-Alargamiento. Esta nueva
curva ya no depende de la longitud de la probeta.
Se distinguen en ella dos zonas:
* Zona Elástica o lineal * Zona de deformación plástica.
Zona Elástica o lineal
La zona elástica es reversible. La deformación elástica es una deformación
temporal y se recupera totalmente cuando la carga es eliminada.
El material absorbe energía elástica que después devuelve. Si no es así es porque
hay histéresis.
En esta zona se cumple la ley de Hooke σ = E ·ε , donde
E es el módulo de Young.
E mide la oposición que ejerce el material a ser
deformado a tracción. Representa la rigidez del material. Se
calcula experimentalmente de la gráfica
Por ejemplo vamos a comparar módulos de Young de
diferentes tipos de materiales medidos en GPa.
Metales: Acero 207 Aluminio 69 y Titanio 107
Ceramicos Vidrio 69 Alúmina 324
Polímeros Nailon 2.8 PVC 3.5 y Resina fenólica 6.5
Coeficiente de Poisson
A medida que estiramos la muestra a tracción se produce una contracción en las
direcciones perpendiculares a la axial.
εz>0 => εx y εy<0
El coeficiente de Poisson es la razón entre la contracción lateral y la
elongación axial.
−ε X
ν=
εZ
Si ν es 0.5 corresponde a un solido
isotrópico, es decir que no cambia de
volumen.
Normalmente ν varía entre 0.25 y 0.5.
Módulo de Cortadura
Es la deformación elástica producida bajo una carga de cortadura o cizalla
aplicada tangencialmente sobre A0.
Esfuerzo Cortante τ = F
A0
Deformación cortante γ = tgα
Módulo de Cortadura G = τ
γ
E, G,ν están relacionadas
para sólidos isótropos
*
perfectamente elásticos según la
siguiente ecuación
E = 2 ⋅ G (1+ν )
Comportamiento Elástico
no-lineal
También existen algunos sólidos en los que E no es
constante, pero no se va a profundizar en ello.
Simplemente saber que existen varios métodos para
calcularlo (Método de la Secante, Método de la tangente...)
Zona de Deformación Plástica

La deformación plástica es una deformación permanente y no se recupera cuando
se elimina la carga, aunque se recupera una pequeña componente elástica.
El mecanismo fundamental de la deformación plástica es la distorsión y
reformación de los enlaces atómicos. La naturaleza de este mecanismo son las
relaciones entre las dislocaciones y la deformación mecánica.
Se alcanza la región plástica una vez superado el limite elástico.
Se toma como Límite elástico (YS, Yield Strenght) el esfuerzo necesario para
provocar una deformación permanente del 0.2% en el material.
*
Son aquellos en los que no hay histéresis, es decir, aquellos en los que la carga y descarga
recorren la misma recta Carga-deformación

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probeta es de sección rectangular o circular.

Zona de Deformación Plástica

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