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muy bueno

1. PROPIEDADES
MECANICAS DE LOS
MATERIALES

2. OBJETIVOS
•Explicarlosconceptosbásicosasociados
conlaspropiedadesmecánicasdelos
materiales.
•Evaluarlosfactoresqueafectanlas
propiedadesmecánicasdelosmateriales.
•Revisaralgunosdelosprocedimientos
básicosdeensayosqueseusanen
ingenieríaparaevaluarlaspropiedades.

3. CONTENIDO
•Clasificación de las propiedades
•Propiedades Mecánicas
•Ensayo a tensión
•Ensayo de dureza
•Ensayo de impacto
•Ensayo de flexión
•Ensayo de tenacidad a la fractura
•Ensayo de fatiga
•Metalografía

4. CLASIFICACION DE LAS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Propiedades de los materiales
Químicas FísicasMecánicas Dimensional
•Composición.
•Inclusiones.
•Electronegatividad.
•Configuración espacial
•Resistencia química
•Resistencia a la
oxidación o corrosión
•Inflamabilidad
•Tenacidad
•Ductilidad
•Dureza
•Fatiga
•R. a tensión
•R. al corte
•R. al doblez
•R. a la compresión
•R. a Termofluencia
•Formas disponibles
•Tamaños disponibles
•Textura superficial
•Tolerancias de
manufactura
•Térmicas
•Magnéticas
•Eléctricas
•Ópticas
•Acústicas
•Gravimétricas
•Color

5. PROPIEDADES MECANICAS
•Lapropiedadesmecánicasson
característicasquedeterminanel
comportamientodelmaterialcuandose
sujetaaesfuerzosmecánicos.
•Endiseñoelobjetivogeneralesqueel
productoresistaesfuerzossinun
cambiosignificativoosustancialensu
geometríayporconsiguientenofalle.

6. Una respuesta es mediante los
ensayos mecánicos
PROPIEDADES MECANICAS
•¿Cómomedirlaspropiedadesdelos
materialesqueseutilizanparael
diseñodeelementosindividualeso
componentesdeestructuras?

7. 1.Resistencia a tensión
2.Elasticidad
3.Plasticidad
4.Tenacidad
5.Ductilidad y fragilidad
6.Dureza
7.Resistencia a compresión, flexión, doblez y torsión.
8.Resistencia a la termofluencia
9.Tenacidad a la fractura.
10.Límite de fatiga
PROPIEDADES MECANICAS
Ensayo de tracción o tensión

8. ENSAYO DE TENSIÓN
•Esfuerzo axial () 
 
 
Psi
in
libra
SUSistema
PaPascal
m
N
nalInternacioSistema
ltransversacciónseoriginaláreaA
uniaxialFuerzaF
fuerza
1
..
1:
2
2
0







9. ENSAYO DE TENSIÓN
•Deformación () 
 
in
in
SUSistema
mm
mm
nalInternacioSistema
muestrainiciallongitudl
muestralongitudVariaciónl







..
0

10. ENSAYO DE TENSIÓN
•Comportamiento del material cuando es sometido
a carga axial.
Comportamiento Elastico:
Material regresa a sus dimensiones
originales una vez se suprime la
fuerza.
Comportamiento Plastico:
Material se deforma y no puede
regresar a su dimensión inicial una
vez se suprime la fuerza.

11. ENSAYO DE TENSIÓN
•Máquina Universal de Ensayo donde el material
se somete a una carga axial.(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thoms
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12. ENSAYO DE TENSIÓN
•Tipos de probetas según norma ASTM E 8-79
Probeta cilíndrica Probeta Plana

13. ENSAYO DE TENSIÓN
•Grafica Fuerza-Desplazamientoentregada por la Máquina
Universal de Ensayo, para obtener la grafica Esfuerzo-
Deformacióny así obtener las Propiedades Mecánicas del
material.
•Esfuerzo de
fluencia
•Rigidez
•Resiliencia
•Resistencia a la
tensión
•Ductilidad
•Tenacidad

14. ENSAYO DE TENSIÓN(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thoms
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15. ENSAYO DE TENSIÓN
Propiedades obtenidas de la Zona Elastica
•Modulo de elasticidad o modulo de Young (E): es el
producto de dividir el esfuerzo entre la deformación
unitaria en el tramo elástico.

 
 nDeformació
Esfuerzo
E



Acero 207 Gpa
Aluminio 75 Gpa
Strain
Δε
Δσ
E =
Δσ
Δε
Stress

16. ENSAYO DE TENSIÓN
Propiedades obtenidas de la Zona Elastica
•Rigidez: es la
capacidad de no
deformarse en la
zona elástica al
aplicar un esfuerzo y
está representado
por la pendiente de la
recta o E.



17. ENSAYO DE TENSIÓN
Propiedades obtenidas de la Zona Elastica
•Rigidez:
•¿Cuál material es más
rígido el acero (Steel) o
el aluminio (Aluminum)?
•¿Por qué?(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thoms
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El acero es más rígido,
a mayor pendiente
mayor rigidez y mayor
Modulo de Young.

18. ENSAYO DE TENSIÓN
Propiedades obtenidas de la Zona Elastica
•Limiteelástico:Punto
enlagraficadonde
terminaelmodulode
elasticidad.Sepasade
lazonaelásticaalazona
plástica.
•Esfuerzodefluencia:
esfuerzodonde se
generaunadeformación
plásticaenelmaterialde
0,2%.



19. ENSAYO DE TENSIÓN
Propiedades obtenidas de la Zona Elastica
•Resiliencia:lacapacidadque
tieneunmaterialdeabsorber
energíaantesdedeformarse
plásticamente.
•Se representa por el área bajo
la curva de la zona elástica.

20. ENSAYO DE TENSIÓN
Propiedades obtenidas de la Zona Plastica
La resistencia a la
tensión del material:
es el esfuerzo
máximo registrado en
la grafica (-).

21. ENSAYO DE TENSIÓN
Propiedades obtenidas de la Zona Plastica
TENACIDAD:
eslaenergíaporunidadde
volumenquepuedeabsorberun
materialantesderomperse,es
equivalentealáreadebajodela
curvadeldiagramaesfuerzo
deformación.



22. ENSAYO DE TENSIÓN
Propiedades obtenidas de la Zona Plastica
DUCTILIDAD:
eslacapacidadquetieneun
materialparadeformarse
plásticamenteantes de
fracturar.



23. ENSAYO DE TENSIÓN
Propiedades obtenidas de la Zona Plastica
¿Cuál material es más
tenaz?
El Al 2024 Tempered tiene un
mayor área sobre la curva.
¿Cuál material es más
ductil?
El Al 2024 Annealed, ambos
poseen igual rigidez pero este
se deforma 0.25 mientras el
otro 0.22


Al 2024-Annealed
Al 2024-Tempered
S
T
R
E
S
S
Mpa
Strain

24. ENSAYO DE TENSIÓN
Comportamiento de una probeta sometida a un
ensayo de tensión.

(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning
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25. ENSAYO DE TENSIÓN
Variación entre una grafica realy una de ingeniería
para el esfuerzo y la deformación de un material

26. ENSAYO DE TENSIÓN
TIPOS DE FRACTURA
FRACTURA DUCTIL FRACTURA FRAGIL

27. ENSAYO DE TENSIÓN
TIPOS DE FRACTURA
FRACTURA DUCTIL FRACTURA FRAGIL

28. Patron de Chevrónproducido por frentes separados de
grietas que se propagan a distintos niveles en el material.
FRACTURA FRAGIL.Normalmente la superficie de fractura
es lisa y perpendicular al esfuerzo aplicado en tensión.
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CARACTERISTICAS MICROESTRUCTURALES DE LA
FRACTURA EN LOS MATERIALES METALICOS

29. GRAFICA -PARA VARIOS MATERIALES

30. DUREZA DE UN MATERIAL
•La dureza es una medida de la resistencia de un metal a la
deformación permanente.(plástica).
Ensayos de dureza:
•Brinell, Vickers, Knoop, Rockwell.
Escala de dureza de los materiales
•Macrodureza: Cuando se mide la dureza utilizando cargas mayores a
2 Newtons.
•Microdureza: Cuando se mide la dureza utilizando cargas menores a 2
Newtons.
•Nanodureza: Dureza de materiales medidos a una escala de 10 nmde
longitud utilizando cargas extremadamente pequeñas(100 µN).

31. CARACTERISTICAS BASICAS DE LOS
DIFERENTES METODOS DE DUREZA

32. D= diámetro del penetrador en mm
F= carga aplicada en kg
f.
D
i= diámetro de la huella dejada por el penetrador.
METODO BRINELL
Se utiliza mucho para materiales de dureza baja
y media porque el penetrador es una esfera de
Carburo cementado, con cargas de 500, 1500 y
3000 Kg
f.)(
2
22
iDDDD
F
HB


 (c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning
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33. )(
2
22
iDDDD
F
HB


 EJERCICIO
•Una medición de la dureza Brinell, utilizando un
penetrador de 10 mm de diámetro y una carga de
500 Kg, produce una huella de 4.5 mm de
diámetro en una placa de aluminio. Determine el
número de dureza Brinell de este material.

34. )5.410mm10(mm10
Kgf500x2
HB
22

 Di = 4.5 mm ; D = 10 mm ; F = 500 kgf
HB = 30 kg
f/mm
2
SOLUCION

35. 136°
d
1
Este método se utiliza para toda clase de materiales,
duros o blandos.
Fes la carga aplicada (kgf)
d es el promedio de las dos diagonales
en mm.
A es el área de la huella en mm
2
Entonces:
HV = 1.85 F / d
1
2
METODO VICKERS
La carga F puede ser de 50 gramos hasta 120
kilogramos.

36. Huella Vickers
METODO VICKERS

37. (c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning
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(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning
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license. ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL

38. DUROMETRO

39. MICRODUREZA KNOOP

41. DUREZA
•ESCLEROSCOPIO
•Esuninstrumentoquemidelaalturadel
rebotedeun“martillo”quesedejacaer
desdeciertaalturasobrelasuperficiedel
metalqueseprueba.
•Esteinstrumentosebasaenlaenergía
mecánicaabsorbidaporelmaterialcuando
elidentadorgolpealasuperficie.

42. COMPARACION DE ENSAYOS TIPICOS DE DUREZA

43. RELACION ENTRE LA DUREZA BRINELL Y LA RESISTENCIA A LA
TENSION PARA ALGUNAS ALEACIONES

44. ENSAYO DE IMPACTO
•Latenacidadesunamedidadela
cantidaddeenergíaqueunmaterial
puedeabsorberantesdefracturarse.
•Unodelosmétodosmássencillosde
medidadelatenacidadesutilizarun
aparatodeensayodeimpacto.

45. ENSAYO DE IMPACTO

46. (c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning
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is a trademark used herein under license.(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning
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is a trademark used herein under license. ENSAYOS DE IMPACTO. CHARPY E IZOD

47. (h
o-h
f) =Energía consumida por la probeta al
romperse.
(h
o-h
f) / área = φ= Resiliencia.
•φesuna medida de la tenacidad que se puede definir
como la capacidad que tiene un material para recibir
tensiones ocasionales superiores al limite elástico sin
que se produzcan fracturas.
ENSAYOS DE IMPACTO. CHARPY

48. (c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thoms
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(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thoms
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is a trademark used herein under license. PROPIEDADES OBTENIDAS DEL ENSAYO
DE IMPACTO.

49. ENSAYO DE DOBLEZ
•Resistencia a la
rotura transversal(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning
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is a trademark used herein under license. 2
5.1
wh
FL
TRS

50. (c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thoms
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(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thoms
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is a trademark used herein under license. Curva esfuerzo-deflexión para el MgO obtenida con
el ensayo de flexión.

51. MATERIAL
σ
max.
psi
σ
comp
psi
σ
flex.
psi
Poliester-50% fibras de
vidrio
23,000 32,000 45,000
Poliester-50% de tejido
de fibra de vidrio
37,000 27,000 46,000
Al
20
3(99%) 30,000 375,000 50,000
COMPARACION DE LA RESISTENCIA A LA
TENSION, A LA COMPRESION Y A LA FLEXION DE
MATERIALES CERAMICOS Y COMPUESTOS

52. Dependiendo de los criterios de diseño la fallase
puede presentar antes de la fractura.
Lafractura,oruptura,sepresentacuandoun
componenteestructuralseseparaendosomás
fragmentos.
MECANICA DE LA FRACTURA

53. MECANICA DE LA FRACTURA
•Lafallasepuededefinircomolaincapacidaddeun
materialocomponentede1)realizarlafunción
prevista,2)cumplirloscriteriosdedesempeño,o
3)tenerundesempeñoseguroyconfiabledespués
dedeteriorarse.
•Sinimportarelextremocuidadoeneldiseño,la
fabricaciónyseleccióndematerialesparamaquina
ocomponenteslasfallassoninevitables.
•Lafracturaeslaseparacióndeunsolidoendoso
máspiezasbajolaaccióndeunafuerza.

54. •Lamecánicadelafracturaeslaparte
delacienciaqueseencargadelestudio
delahabilidaddelosmaterialespara
resistiresfuerzosenpresenciadeun
defecto.
•TENACIDAD ALAFRACTURA:Esuna
propiedadmecánicaquemidela
resistenciadeunmaterialalafallaen
presenciadeunadiscontinuidado
defecto.
MECANICA DE LA FRACTURA

55. MECANICA DE LA FRACTURA

56. MECANICA DE LA FRACTURA

57. Enmuchasaplicacionesladeformaciónplástica
representaunafallasinfractura:
Unejedeautomóvilseflexionaalpasarporun
hueco.
Partedelaestructuradeunaviónsedeforma
transitoriamenteporlaaccióndeunafuerteráfaga
deviento.
MECANICA DE LA FRACTURA

58. •Latenacidadalafracturamidelacapacidaddeun
material,quecontieneunafisura,aresistiruna
cargaaplicada.
ENSAYO DE TENACIDAD A
LA FRACTURA

59. •¿Aquevelocidadcrecelafisura?.imagíneseun
globoconundiminutoagujero.cuandolapresión
internadelgloboalcanzaunvalorcrítico,se
originaunafallacatastróficayelgloboexplota.
ENSAYO DE TENACIDAD A
LA FRACTURA

60. •Elensayodetenacidadalafracturaserealizaaplicandoun
esfuerzoalatensiónaunaprobetapreparadaconundefecto
detamañoygeometríaconocidos.
ENSAYO DE TENACIDAD A
LA FRACTURA

61. •Elesfuerzoaplicadoseintensificaporeldefecto,elcual
actúacomounconcentradordeesfuerzos.
•Paraunensayosimple,elfactordeintensidadde
esfuerzokes
K = f σπa
ENSAYO DE TENACIDAD A
LA FRACTURA
ffactor geométrico
σ Esfuerzo aplicado
aTamaño de la grieta

62. f= 1 cuando el ancho es infinito.
K = f σπa(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thoms
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ENSAYO DE TENACIDAD A LA FRACTURA
f esunfactorgeométrico
relacionadoconlaprobetayconel
defecto.σeselesfuerzoaplicado.a
eseltamañodegrieta.

63. Sepuededeterminarelvalordekparaelcualel
defectocreceyseproducelafallacatastrófica.
Estevalordekesloqueseconocecomo
tenacidadalafractura=K
ic.estealcanzaun
valorconstantecuandoelespesorseincrementa,
verfig.6-31
ENSAYO DE TENACIDAD A LA FRACTURA

64. (c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thoms
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is a trademark used herein under license.
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is a trademark used herein under license. Latenacidad ala
fractura Kic de
300,000psideunacero
disminuye conel
aumentodelespesor,
finalmenteseestabiliza
adquiriendounvalor
constanteKic.
ENSAYO DE TENACIDAD A LA FRACTURA

65. TENACIDAD A LA FRACTURA K
ICEN DEFORMACION
PLANA PARA VARIOS MATERIALES

66. Factoresqueafectanlacapacidaddeunmaterial
pararesistirelcrecimientodeunagrieta:
1.Defectosgrandesreducenelesfuerzoadmisible.
2.Ductilidades altaspermitenredondearel
extremodeldefecto,pordeformación,evitando
asílaconcentracióndelesfuerzo.
3.Latenacidadalafracturaesmayoren
materialesdelgados.
FACTORES QUE AFECTAN LA TENACIDAD A LA
FRACTURA

67. 4.Alaumentarlatemperatura,normalmente se
incrementalatenacidadalafractura.
5.Normalmente una estructuradegranos
pequeñosmejoralatenacidadalafractura,en
tantoquemayorcantidaddedefectospuntuales
ydislocacionesreducenestacualidad.
FACTORES QUE AFECTAN LA TENACIDAD A LA
FRACTURA

68. 6.Alaumentarlarapidezdeaplicacióndelacarga,
comoenunensayodeimpacto,sesuelereducirla
tenacidadalafracturadelmaterial.
7.Enciertosmaterialescerámicos,tambiénsepueden
aprovecharlastransformacionesinducidaspor
esfuerzos,queasuvezproducenesfuerzosde
compresiónparatenermayortenacidadala
fractura.
FACTORES QUE AFECTAN LA TENACIDAD A LA
FRACTURA

69. K
ICy Resistencia de diversos materiales

70. •PERMITESELECCIONARMATERIALES.-Conociendoa
ylamagnituddeσsepuedeseleccionarunmaterialque
tengaunK
icgrandeparaqueimpidaqueanocrezca.
•PERMITEDISEÑARUNCOMPONENTE.-Conociendoa
yhabiendoseleccionadoelmaterialsepuedecalcularelσ
quepuederesistirelcomponente.
¿QUE IMPORTANCIA TIENE LA MECANICA
DE LA FRACTURA?

71. Lafatigaeselmecanismomásfrecuentedefalla,yse
creequeeslacausatotaloparcialdel90%detodas
lasfallasestructurales.
Seconocequeestemecanismodefallasepresentaen
losmetales,lospolímerosylascerámicas.
Estasúltimassonlasmenossusceptiblesalas
fracturasporfatiga.
ENSAYO DE FATIGA

72. ENSAYO DE FATIGA
Elfenómenodelafatigaseilustramejorconun
experimentosencillo:
tómeseunclipydóbleseenunadirecciónhastaquese
formeunaesquinaaguda.Elmetalsufreuna
deformaciónplásticaenlazonadeldoblez,peronose
fractura.
Siahoraseinvierteladireccióndeldoblezyelproceso
serepitevariasveces,elclipseromperáconunacarga
menorquelanecesariasiseestiraraelalambrehasta
sufractura.
¿Cómoocurrelafalla?

73. •Enunarepresentaciónsimplificadadeesteproceso,la
deformaciónplásticahacequelasdislocacionessemuevan
ysecrucenentresí.
•Lasinterseccioneshacendisminuirlamovilidaddelas
dislocaciones,yparaquecontinúeladeformaciónserequiere
lanucleacióndemásdislocaciones.
•Lamayordensidaddedislocacionesdegradalaperfección
cristalográficadelmaterial,yfinalmenteseforman
microgrietasquecrecenhastauntamañosuficientemente
grandecomoparaqueseproduzcalafallacatastrófica.
ENSAYO DE FATIGA. ¿cómo se produce la
fatiga?

74. Superficie de fractura por fatiga
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson
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Patrón de marcas
de playa
Estriaciones: muestran la
posición de la punta de la
grieta después de cada cíclo.

75. ¿Cómo se realiza un ensayo de fatiga?
Hayvariosmétodosquepermitenconocerlas
propiedadesdefatigadeunmaterial,unodeellos
eselensayodefatigadeprobetaenvoladizo
cargadaporunextremo,comoseobservaenla
siguientefigura.

76. (c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning
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El esfuerzo máximo que actúa sobre la probeta es,
±= 32M/ d
3
, donde Mes el momento de flexión,
des el diámetro. Pero M= F . (L/2) por lo tanto,
±= 16FL/d
3
ENSAYO DE FATIGA

77. ENSAYO DE FATIGA
Ensayo de fatiga rotacional
Tipo de probeta

78. •Elesfuerzolímiteparafatiga,definidocomoelesfuerzopor
debajodelcualexisteunaprobabilidaddel50%dequeocurrirá
fallaporfatiga.Eselcriteriodediseñopreferido.Estevaloresde
60,000psiparaelacerodeherramientasdelasiguientefigura.
•Lavidaafatiga,indicacuántoresisteuncomponenteaun
esfuerzoenparticular.Porejemplosialaceroparaherramientasde
lasiguientefiguraselesometeenformacíclicaaunesfuerzode
90,000psi,lavidaafatigaseráde10
5
cíclos.
RESULTADOS DEL ENSAYO DE FATIGA
•Laresistenciaalafatiga,eselesfuerzomáximoconelcual
noocurriráfatigaenunnúmeroconvencionaldecíclos,por
ejemplo500x10
6
.Esnecesariaaldiseñarconmaterialescomo
elaluminioylospolímerosdebidoaqueestosdosmaterialesno
tienenunesfuerzolímiteparafatiga.

79. (c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning
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Curva S-N, o de esfuerzo-cantidad de cíclos a la falla para un acero
de herramienta y una aleación de aluminio.
RESULTADOS DEL ENSAYO DE FATIGA. Curva S -N

80. •Termofluenciaodeformacióngradualenlosmetalesyenlas
cerámicas,esunprocesoporelqueunmaterialsealargaatravés
deltiempobajounacargaaplicadaycondicionesdetemperatura
diferentealaambiente(27°C).
•Esunprocesoactivadoporlatemperatura,yestosignificaquela
rapidezdealargamiento,paradeterminadovalordeesfuerzo,
aumentamuchoconlatemperatura.
•Latermofluenciaesenextremosensiblealamicroestructura
delmaterial.
TERMOFLUENCIA

81. •Porejemplo,losálabesdeturbinaenlosmotoresdereacción
puedenalcanzarunatemperaturalocalde1200°C,porloqueel
comportamientodetermofluenciaesunfactorbásicopara
seleccionarmaterialesyprocesosadecuadosparaesosálabes.
•Sinembargo,sedebehacernotarqueeltérminoaltatemperatura
esrelativo,yquedependedelmaterialqueseconsidera.Paralos
materialesdemotoresareacción,laaltatemperaturapuedeser
mayorde800°C,mientrasqueparalospolímerosyparala
soldaduradeestaño,laaltatemperaturapuedeser250°C.
ENSAYO DE TERMOFLUENCIA

82. ENSAYO DE TERMOFLUENCIA

83. Las dislocaciones pueden ascender y alejarse de los obstáculos, cuando los átomos se
apartan de la línea de dislocación para crear interticios o para llenar vacancias (a).
Cuando los átomos se fijan a la línea de dislocación creando vacancias o eliminando
interticios (b).
6-14 ENSAYO DE TERMOFLUENCIA

84. ENSAYO DE TERMOFLUENCIA
CURVA TIPICA DE TERMOFLUENCIA