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• Ronald Rayme Ventura

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Fundamentos del análisis de falla en componentes mecánicos Dr. Ing. Paul Lean Sifuentes

Tema 2. Ensayo de materiales

Sesión 2: segunda parte - A

Ensayos mecánicos

Clasificación de los ensayos mecánicos • Estáticos – Ensayo de tracción – Ensayo de dureza – Ensayo de creep – Ensayo de flexión

• Dinámicos – Ensayo de impacto – Ensayo de fatiga

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Fundamentos del análisis de falla en componentes mecánicos Dr. Ing. Paul Lean Sifuentes

Ensayos mecánicos estáticos

Ensayo de Tracción

Objetivos del ensayo de tracción •

Resistencia mecánica – –

•

Ductilidad – –

•

Resistencia a la tracción: σmáx = σB Esfuerzo de fluencia : σ0,2 = σF Alargamiento de rotura : % ε = % δ Estricción de rotura : %φ=%ψ

Otras características – – –

Módulo elástico : E=σ/ε Tenacidad : área bajo la curva σ - ε Resiliencia elástica : UR = σE/ 2 εE

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Normas de ensayo • ASTM E 8 – 04 – Norma de ensayo de tracción de materiales metálicos

• ASTM A 370 – 05 – Norma de ensayos mecánicos de productos de acero

• ASTM A 615 – Norma de ensayo para barras lisas y corrugadas de acero al carbono para concreto reforzado

Dimensiones y marcado

Lo ⇒ % ε

Lo

Alargamiento de rotura

A o ⇒ σmáx =

Do

Do ⇒ Ao ⇒ % φ Estricción de rotura

Fmáx = Resistencia a la tracción Ao

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Realización del ensayo

Lo =

F

Curva: Fuerza - alargamiento (F- ∆L)

– Del material – De la geometría de la probeta

Carga (kN)

• La curva F vs ∆L depende:

Alargamiento (mm) = ΔL = δ

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Curva: Esfuerzo - deformación (σ-ε) Fuerza = Carga = N

Esfuerzo = σ =

Fuerza N = Área mm 2

σ

Alargamiento =ΔL=mm

Deformació n = ε =

ΔL mm = Lo mm

• La curva σ vs ε depende: – Solo del material y no de la geometría – Probetas tienen que ser normalizadas

Esfuerzo (MPa)

Curva: Esfuerzo - deformación (σ-ε)

Deformació n = ε =

ΔL Lo

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Análisis de la curva: σ-ε σ

σ máx =

σmáx

Fmáx Ao

Fluencia σF σE

σmáx = Resistencia a la tracción σF

= Esfuerzo o Límite de fluencia

σE

= Límite elástico

ε = ΔL / Lo

Esfuerzo convencional de fluencia: σ0,2 σ σ0,2 σ0,2 Esfuerzo convencional de fluencia o Límite elástico convencional 0,01

ε

= 0,002 =

0,02

LF − Lo Lo

0,03

0,04

ε

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Ductilidad: alargamiento (%ε) y estricción de rotura (%Φ) Alargamiento de rotura Lo

%ε=

Ao LF

LF − L o * 100 Lo

AF

Estricción de rotura Antes del ensayo

%φ=

Ao − AF * 100 Ao

Después del ensayo

Módulo de rigidez o de Young (E)

Se cumple la ley de Hooke

σ=Eε

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Curvas σ-ε de diferentes metales 110

90

2

E s f u e r z o ( kg / mm )

100

80 70 60 50 40

(Acero) AISI 1045

30

(Acero) AISI 4340

20

(Aluminio) AA7075-T6

10

Bronce: 91,2Cu-7Al

0 0

2

4

6

8 10 Deformación ( % )

12

14

16

18

Valores referenciales de resistencia mecánica Resistencia Mecánica

MPa

kg/mm2

Baja

Hasta 300

Hasta 30

Media

500 – 700

50 – 70

Alta

Mayor a 1 000

Mayor a 100

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Material dúctil, frágil y tenaz σ FRÁGIL (σmáx ≈ σrotura) TENAZ

DÚCTIL (alta ductilidad)

ε

Rotura frágil

• No existe deformación plástica • Superficie es granular y brillosa

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Rotura dúctil

• Rotura copa y cono • Presenta gran deformación antes de romperse

Unidades Fuerza = Carga = N, kN ó kg-f

Esfuerzo =

Fuerza N N = = 106 2 = MPa 2 mm m Área

Esfuerzo =

Fuerza kg − f = mm2 Área

9,81 MPa = 1

kg − f mm2

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