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1 INSTITUTO TECNOLÓGICO SUBSECRETARÍA DE EDUCACIÓN SUPERIOR DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICA

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CD. GUZMÁN METAL MECÁNICA INGENIERIA MECÁNICA DISEÑO MECANICO I UNIDAD CINCO CUESTIONARIO SELECCIÓN DE MATERIALES JOSE ANTONIO JIMENEZ GALVAN No. Control: 12290846 ENRIQUE ALEJANDRO RODRIGUEZ FARIAS No. Control: 12290878 SALVADOR FUENTES CEBALLOS No. Control: 12290829

Maestro: JONAS GARCIA RAMOS

Cd. Guzmán, Jal., 03 de Junio 2015

2 1.- Defina resistencia última a la tensión. Se considera que es el punto máximo de la curva esfuerzo deformación unitaria es la resistencia ultima a la tensión, en ese punto de la prueba se mide el máximo esfuerzo aparente en una barra de prueba del material. 2.- Defina punto de fluencia. Cuando en la gráfica el punto de fluencia es muy notable se le nombra también (punto de cadencia) y es lo que el material se está deformando (cediendo). 3.-Defina resistencia de fluencia e indique como se mide. Es la parte del diagrama esfuerzo-deformación unitaria donde hay un incremento de la deformación con poco o ningún aumento del esfuerzo, esto indica que en realidad, el material ha cedido o se ha alargado en gran medida y en forma plástica y permanente. Se determina por el método de compensación donde se traza una recta paralela a la porción rectilínea de la curva, y es compensada hacia la derecha en una cantidad establecida, que en el caso normal es 0.20% de deformación unitaria (0.002 pulga/pulga). 4.- ¿Qué tipos de materiales tendrían un punto de fluencia? Acero al carbón simple, laminado en caliente. 5.- ¿Cuál es la diferencia entre límite de proporcionalidad y limite elástico? En que el límite de proporcionalidad es el punto donde se desvía de una línea recta y el límite elástico es una especificación del material donde ya no regresa a su forma original una vez rebasado este límite. 6.- Defina la ley de Hook. El esfuerzo es proporcional a la deformación unitaria. 7.- ¿Qué propiedad de un material es una medida de su rigidez? Módulo de elasticidad en flexión. 8.- ¿Qué propiedad de un material es una medida de su ductilidad? Es el porcentaje de elongación o de alargamiento del material cuando se fractura en una prueba normalizada de tensión.

3 9.- Si se dice que un material tiene una elongación porcentual de 2% en una longitud calibrada de 2.00 pulg ¿es dúctil? Si a menos que otra longitud se indique en forma específica. 10.- Defina la relación de Poisson. Cuando un material se sujeta a una deformación en tensión, existe una contracción simultánea de las dimensiones de la sección transversal a la dirección de la deformación unitaria de tensión. A esta relación de la deformación unitaria ce contracción entre la deformación unitaria de tensión se le llama relación de Poisson. 11.- Si un material tiene un módulo de elasticidad de tensión de 114Gpa y una relación de Poisson de o.33 ¿Cuál es el módulo de elasticidad en cortante? G=

E 114 Gpa = =42.8Gpa 2 (1+ ν ) 2 ( 1+0.33 )

12.- ¿Si un material tiene dureza Brinell de 525 ¿ Cuál es su dureza aproximadamente, en la escala Rockwell C? 1 HB = -4865 Rockwell 525 = 53 kgf 13.-Se dice que un arco de acero tiene dureza Brinell de 450 ¿Cuál es su resistencia aproximada a la tensión? 0.50 (HB) = Resistencia aproximada a la tensión (kpsi) 0.50 (450) = 225 Kpsi 14.- Después del recocido, la ménsula acero tenía una dureza Brinell de 750. R= Falso, ya que el tratamiento de recocido lo vuelve más elástico y disminuye su dureza. 15.- La dureza de ese eje de acero es HRB 120: Verdadero 16.- La dureza de esa pieza colada de bronce es de HRC 12: Falso

4 17.- Con base en que esta placa de aluminio tiene dureza 150HB, su resistencia aproximada a la tensión es 75 Kpsi Verdadero, ya que en la formula dice 0.5(HB)= 0.5(150)= 75kpsi 18.- Describa dos pruebas para medir la energía de impacto 1. Péndulo de charpy 2. Prueba de impacto izod 19.- ¿Cuáles son los principales componentes de los aceros?     

Aluminio Cobre Boro Azufre Carbono

20.- ¿Cuáles son los principales elementos de aleación en el acero AISI 4340? Cromo, níquel y molibdeno, para obtener gran templabilidad, tenacidad y resistencia a la fatiga, es para las grandes exigencias de dureza y resistencia mecánica. 21.- ¿Cuánto carbono tiene el acero AISI 4340? 0.40 % de carbono 22.- ¿Cuál es el contenido típico de carbono de un acero al bajo carbón? ¿ De un acero al medio carbón? ¿ De un acero al alto carbón ? Al bajo carbón: menos de 30 puntos de carbón (0.30%). Al medio carbón: de 30 a 50 puntos de carbón (0.30% a 0.50%). Al alto carbón: de 50 a 95 puntos de carbón (0.50% a 0.95%). 23.- ¿Cuánto carbón contiene típicamente un acero para rodamientos? Son aceros AISI E52100 esto es de (1.0% ) de carbón 24.- ¿Cuál es la diferencia principal entre el acero AISI 1213 y AISI 12L13? El acero AISI 12L13 tiene adición de plomo para mejorar la facilidad de maquinado

5 25.- ¿indique cuatro materiales usados en los ejes? Acero AISI 1045, 4140, 4640, 5150, 26.- ¿indique cuatro materiales usados típicamente en engranes? Acero AISI 4140, 4340, 4640, 5150. 27- Describa las propiedades que deben tenerlas cuchillas de una excavadora para orificios de postes, y sugiera un material adecuado. Deben de tener las propiedades de Resistencia al choque, que su símbolo viene siendo la S, y sería el acero para herramientas AISI S1 (S2, S4-S7) 28.- En el apéndice 3 se describe el ACERO AISI 5160 OQT 1000. Describa la composición básica de este material, como se procesa y sus propiedades, en relación con los otros aceros que aparecen en esta tabla. Resistencia a la tensión de 170 ksi y 1170 Mpa, Resistencia a la fluencia de 151 ksi y 1040 Mpa, Ductilidad de 14 y Dureza Beinell de 341. 29.- Si la hoja de una pala se fabrica con acero AISI 1040 ¿recomendaría usted endurecerla por flama para que su filo tenga una dureza superficial HRC 40? Explique por qué. No sería recomendable endurecerla por flama ya que, para ser eficaces en este endurecimiento, el material debe tener una buena capacidad de endurecimiento. En general, el objetivo del endurecimiento es producir una dureza Rockwell C superficial en el intervalo de HRC 55 a 60 30.- Describa las diferencias entre endurecimiento total y cementación. El endurecimiento total se transforma completamente el material modificando sus propiedades y la cementación es solo un recubrimiento del material de diferentes componentes.

6 31.- Describa el proceso de endurecimiento por inducción. Consisten en el calentamiento rápido de la superficie de la pieza durante un tiempo limitado, de tal manera que una profundidad pequeña y controlada del material llegue al intervalo de transformación. Al someterla a inmersión de inmediato solo la pieza que paso el intervalo de transformación produce una alta concentración de mar tensita necesaria para una alta dureza. Es un proceso donde se rodea la parte de una bobina, por la que pasa corriente eléctrica de alta frecuencia. Debido a la conductividad eléctrica del acero, se induce corriente principalmente cerca de la superficie de la pieza. 32.- Mencione 10 aceros usados para cementación. ¿Cuál es su contenido aproximado de carbono antes de cementarlos? Aceros: 1015

4118

1020

4320

1022

4620

1117

4820

1118

8620

33.- ¿Qué clase de acero inoxidable son no magnéticos? Los aceros inoxidables auténticos. 34.- ¿Cuál es el elemento aleante principal que proporciona su resistencia la corrosión al acero inoxidable? El cromo 35.- ¿De qué material se fabrica una viga típica de patín ancho? De acero 36.- Respecto a los aceros estructurales ¿Qué significa el termino HSLA? ¿Qué resistencias existe en el acero HSLA? HSLA significa acero de alta resistencia y baja aleación. Tienen puntos de fluencia en el intervalo de 100000 psi (290 a 700 mpa)

7 37.- Mencione tres tipos de hierro colado? ASTM A48-83, grado 30, ASTM A536-84, grado 100-70-03 y ASTM A47-84, grado 35018 38.- Describa los siguientes hierros colados, de acuerdo con el tipo, la resistencia a la tensión, la resistencia de fluencia , la ductilidad y la rigidez: ASTM A48-83, grado 30 ASTM A536-84, grado 100-70-03 ASTM A47-84, grado 35018 ASTM A220-88, grado 70003 39.- Describa el proceso de fabricación de piezas a partir de metales pulverizados. El procesamiento consiste en preparar una forma previa, compactando el polvo en una matriz, con alta presión. El siguiente paso es sintetizar a una temperatura alta, para fundir el polvo y formar una masa uniforme. A veces se hace un segundo prensado, para mejorar las propiedades o la exactitud dimensional de la pieza.

40.- ¿Qué propiedades son típicas de las piezas fabricadas con aleación de zinc Zamak 3 para colar? a) b) c) d)

Resistencia a la tención (41kpsi, 283Mpa) Resistencia de fluencia (32Kpsi, 221Mpa) % elongación en 2 pulgadas, 10 Módulo de elasticidad (12.4x10^6 Psi, 85x10^6 Gpa)

41.- ¿Cuáles son los usos típicos de los aceros para herramienta de grupo D? Su uso típico es para hacer matrices de estampado, punzones y calibradores. 42.- ¿Qué representa el sufijo O en el aluminio 6061-O? Recocido, un tratamiento térmico que produce un estado más suave.

43.- ¿Qué representa el sufijo H en el aluminio 3003-H14?

8 Endurecido por deformación, un trabajo de proceso en frio bajo condiciones controladas. 44.- ¿Qué representa el sufijo T en el aluminio 6061-T6? Con tratamiento térmico, una serie de procesos controlados de calentamiento y enfriamiento. 45.- Mencione el nombre de la aleación de aluminio, y la condición que tiene la mayor resistencia entre aquellas del apéndice 9. 7001-T6 en la resistencia a la tención posee el más alto número (98 Kpsi, 676Mpa). 46.- ¿Cuál es la aleación de aluminio más versátil que existe para uso mecánico y estructural? La aleación 6061es uno de los tipos más versátiles.

47.- Describa tres usos típicos de las aleaciones de titanio. a) Se emplea en estructuras y componentes aeroespaciales. b) Fabricación de tanques para procesos químicos y equipo de proceso en general. c) Se fabrican aparatos de manejo de fluidos y herrajes marinos. 48.- ¿Cuál es el principal componente del bronce? Es el cobre 49.- Describa el bronce que tiene la designación C86200 del UNS. Es un bronce al magneso con una resistencia a la atención de (95 Kpsi, 655 Mpa) y su resistencia a la fluencia es de (48 Kpsi, 331Mpa) con una ductivilidad de 20 (en porcentaje de elongación de 2 pulgadas). 50.- Describa dos usos típicos del bronce en el diseño de máquinas. Son utilizados en engranes y cojinetes.

51.- Describa la diferencia entre los plásticos termo fijo y los termoplásticos.

9 Los materiales termoplásticos se pueden moldear repetidamente al calentarlos, mientras que los materiales termo fijos si sufren cambios durante el moldeado. 52.- Sugiera un material plástico adecuado para cada uno de los usos siguientes: a) b) c) d) e) f)

Engranes………………………“Nylon” Cascos para futbol…………….“Acrilonitrilo-butadieno-estireno” Protección transparente……….“Acrílico” Cajas estructurales……………“Poliéster” Tubos…………………………“Cloruro de polivinilo” Ruedas………………………...“Poliuretano elastómero”

53.- Mencione ocho factores sobre los que tenga control el diseñador al especificar un material compuesto. 1. Resina o metal de la matriz. 2. Tipo de fibras de refuerzo. 3. Cantidad de fibra contenida en el material compuesto. 4. Orientación de las fibras. 5. Cantidad de capas que se usen. 6. Espesor total del material. 7. Orientación de las capas entre sí. 8. Combinación de dos o más tipos de materiales compuestos u otros materiales en una estructura compuesta.

54.- Defina el término material compuesto. Es la unión por dos o más materiales distintos, que funcionan en conjunto para producir propiedades diferentes, y en general mejores que los dos componentes individuales.

55.- Mencione 4 resinas base que se usen con frecuencia en los materiales compuestos.

10 Polímeros termoplásticos, polímeros termo fijos, cerámicas y vidrio, carbón 56.- Mencione 4 tipos de fibras de refuerzo que se usen para materiales compuestos. Fibra de vidrio, fibra de cuarzo y alta sílice, fibra de carbono, fibras de aramida 57.- Mencione 3 tipos de materiales compuestos que se usen para equipos deportivos, como raquetas de tenis, palos de golf y esquíes. Grafito/epóxido boro/epóxido vidrio/epóxido 58.- Mencione tres clases de materiales compuestos que se usen para fabricar estructuras de aviones y aeroespaciales Aramida/epóxido grafito/epóxido . Vidrio/epóxido Varillas, piezas de remate y perfiles estructurales 59.- ¿Qué resina base y que esfuerzo se usan comúnmente para fabricar el compuesto de láminas para moldeo? Materiales a base de poliéster 60.- ¿En qué aplicaciones se usan los compuestos para láminas de moldeo? Se puede apilar entre capas o entretejer sobre un molde, y producir la forma y espesor necesarios. 61.- Describa 6 formas de producir las fibras de refuerzo. Hebras continúas de fibras, formadas por muchos filamentos individuales unidos entre sí. Hebras cortadas en longitudes pequeñas Tela tejida con hebras Filamentos o alambres de metal Hebras cortadas al azar Hojuelas de metal

62.- Describa el procesamiento húmedo de los materiales compuestos.

11 Pre impregnado que es el pre impregnado de resinas 63.- Describa los materiales pre impregnados. Se moldean con tela pre impregnada en un molde y se moldean y se curan al mismo tiempo bajo acción de calor. 64.- Describa el proceso de producción de los compuestos de moldeo de láminas. Es un proceso de impregnación previa de las fibras con la resina 65.- Describa la extrusión y mencione 4 perfiles que se producen con este proceso. Es un proceso en el que el refuerzo de fibras se recubre con resina al momento de ser estirado para pasar por una hilera calentada, para producir de manera continua el contorno necesario. Y se usa para producir varilla, tubos, piezas de remate, tés y perfiles estructurales. 66.- Describa el devanado de filamento y cuatro clases de productos que se fabriquen con este proceso. Se tiende el filamento en diversidad de maneras Se fabrican Recipientes a presión, tubos, cajas de motores cohete y cajas de instrumentos. 67.- Defina el termino resistencia especifica aplicado a los materiales estructurales. Es la elación de resistencia a la tensión de un material entre su peso especifico

68.-Defina el estructurales.

termino

rigidez

específica

aplicado

a

los

materiales

La rigidez especifica es una relación de esfuerzo deformación donde se correlación donde sus propiedades sean las adecuadas para el fin de uso que la pieza recibirá. También se puede expresar como la relación de la resistencia a la tensión de un material entre su peso específico, es decir por su módulo de elasticidad E.. 69.-Describa la ventaja de los materiales compuestos respecto a los metales, desde el punto de vista de la resistencia específica y la rigidez especifica.

12 Los materiales compuestos tienen una matriz polimérica de resina, con un material fibroso de refuerzo disperso dentro de ella. Los materiales compuestos funcionan en conjunto para proporcionarle propiedades que aumenten la rigidez del material o la resistencia a la que será sometida la pieza. 70.-Compare la resistencia especifica de acero AISI 1020 laminado en caliente, con la del acero AISI 5160 OQT-700, las dos aleaciones de aluminio 6061-T6 y 7075-T6 y el titanio TI- 61-4V. De la tabla 2-10 podemos observar que las aleaciones nos proporcionan la mayor resistencia específica ya que una aleación se hace para mejorar propiedades que no nos proporciona el material en estado simple. 71.-Compare la rigidez especifica del acero AISI 1020 laminado en caliente con la del acero AISI 5160 OQT 700, las dos aleaciones de aluminio. De nuevo tomando en cuenta la tabla 2-10 observamos que el módulo de elasticidad mayor lo representa el acero 1020 por un E de 30, 000, 000 psi y los demás materiales no tener una cantidad más considerable. 72.-Compare las resistencias específicas de cada uno de los cinco materiales compuestos de la figura 2.21, con la del acero AISI 1020 laminado en caliente. Haciendo esta comparación es notables que la creación de los materiales compuestos se realiza con el propósito de mejorar la propiedades que en su estado puro no poseen tal es el caso del acero 1020 laminado en caliente que uno los elementos con mayor resistencia especifica pero sin embargo hay materiales compuestos con resistencia especifica de hasta cinco veces mayor.

73.-Compare la rigidez física de cada uno de los materiales compuestos de la figura 2.21 con la del acero AISI 1020 laminado en caliente. La rigidez de los materiales se mejora al hacer materiales compuestos, mas sin embargo, de los mayores valores del módulo de elasticidad E el más considerables en este caso es el grafito epóxido con un valor de 48, 000, 000 que se nos proporciona la tabla 2-10

74.-Describa la construcción general de un material compuesto identificado como [0/+30/-30/90]

13 La capa inicial se encuentra a cero grados. La segunda capa a 30 grados respecto de la primera siguiendo la dirección de los hilos, La tercera capa esta en dirección opuesta a -30 grados proporcionando mayor rigidez Y por último una capa a 90 grados para proporcionar resistencia a la tensión con la oposición de los hilo. 75.- Mencione y descrina seis lineamientos de diseño para aplicar materiales compuestos. Alinear las fibras con dirección de la carga: para producir una resistencia óptima Evitar cargas cortantes de ser posible: para evitar el cortante interlaminar Combinar varios componentes dentro de una estructura integral: nos permite sustituir piezas de material compuesto por las originales cuando esta ya recibieron un daño por los esfuerzos a los que estuvo sometida. Usar material ligero en el núcleo, cubierto con capas de material compuesto resistente: se usa cuando se desea obtener más rigidez cuando se somete a una flexión. Evitar temperaturas altas: debido a que las temperaturas que puede resistir el material polimérico están limitadas. Involucrar inmediatamente consideraciones de manufactura en el diseño: para hacer uso de los principios de la ingeniería concurrente haciendo uso de la manufactura.

76.- ¿Por qué es importante tender un material compuesto en capas o lonas con el hilo de las lonas en distintas orientaciones? Para superar la falta de rigidez y la resistencia las hebras deben orientarse en diferentes sentidos esta estructura es llamada cuasi-isotrópico. 77.- ¿Por qué es conveniente formar un elemento estructural de material compuesto, con cascaras relativamente delgadas de material compuesto más resistente cubriendo un núcleo de espuma ligera?

14 Es conveniente para obtener un material más rígido en el caso de que este deba someterse a una carga de flexión y así se logre un diseño más eficiente.

78.- Describa porque es importante la l intervención temprana de ingeniería concurrentes. Y la manufactura. Para involucrar consideraciones de manufacturas en el diseño.