Tarea Semana 3 Propiedades físicas y mecánicas de los materiales. Víctor Elier Torres Burgos Resistencia de Materiales Instituto IACC Fecha. 23/04/2018
1) Explique la interrelación entre los cuatro componentes del tetraedro interactivo de Thomas en el comportamiento de los materiales. Argumente adecuadamente su respuesta.
Respuesta. Con la finalidad de alcanzar el desarrollo optimos de un material según la aplicación que se quiera definir, del mismo modo para este material debe complacerse un designado grupo de propiedades, las que seran localizadas y enzambladas a la estructura que es el decenlace de la creación del proceso del material. Para explicar la interrelación que muestra el diagrama esquemático que esta relacionado con el comportamiento mecánico de los materiales, como es mencionado en el tetraedro interactivo de Thomas que comprende
cuatro componentes primordiales que se clasifican en las
propiedades mecánicas, caracteristicas de los materiales, teoría o ciencia de los materiales y el procesamiento de los materiales. Todos estos componentes se localizan frecuentemente vinculados cualquier alteración entre ellos poseera un efecto importante sobre los otros. Entoces podemos indicar que cada uno de los elementos principales juega un rol significativo en el comportamiento mecánico de los materiales, eso nos indica que por el lado de “Caracterización de los materiales” tenemos los ensayos mecánicos, microscopia óptica,
difración de rayos X, calorimetría y microscopía de elementos, “ Procesamiento” esta el forjado, laminado, vaciado, Inyección, extrucción,vhilado en fundido procesamiento en polvo, “Propiedades Mecánicas” tenemos densidad, dureza, resistencia fatiga, fenaciad, fluencia y
respuesta dinámica, “Teoría de los materales” mecánica cuántica, quimica, mecánica continuo,
termodinámica, cristalografía defectos, transformación de faces. Todos estos factores o elementos los cuales se encuentran de forma invariable y relacionado entre sí, cualquier cambio significativo indicara un impacto entre ellos que al término sería de gran importancia en la estructura mecánica de los materiales. Dentro de la correspondencia que se encuentran en los factores de cada material, existen y se pueden realizar cambio en la síntesis y el procesamiento eso indica que cada material adquiere sus propias especificaciones, en el acero es posible generar cambio en la síntesis y el procesamiento, ya que es un material que goza de un abundante rango de ductilidades y resistencias en sus propiedades mecánicas que lo transforman en el tangible ideal para una paridad de aplicaciones. Entonce se puede determinar y comprender que la estructuta deriva de la teoría, según la especificación de los distintos aspectos significativo de cada nivel estructutal que se basa en los altos estudios realizados a los materiales, esto a llevado aque las correspondencias entre la estructura, las pertenencias, el cumplimiento y su transformaciones según el proceso de síntesis y alteraciones, establecen el asunto central de análisis en la ciencia e ingenería de los materiales.
2) Indique cuáles son los tres factores de los que depende la densidad de un sólido. Argumente adecuadamente su respuesta.
Respuesta: La densidad viene siendo una de las propiedades más considerables de cada material, ya que esta define el peso real de un objeto o componente definido. Se puede indicar que la densidad de un sólido obedece fundamentalmente de tres factores.
Masa atómica: Es el promedio que entrega el peso concerniente de los átomos de diferentes cuerpos admitiendo las medidas específicas para definir la densidad de los átomos.
El tamaño atómico: Es el radio de cada átomo que nos concede analizar su medida precisa para decretar su volumen en los designados análisis de densidad de los materiales.
El arreglo estructural. Esta nos admite observar la síntesis de los átomos y sus enlaces para determinar si adquieren una cantidad química determinando la fuerza de gravedad electro elástica para mantener los cuerpos homogéneos.
La variedad de densidades de los tangibles aparece de la alteración en la masa atómica, esto es por ejemplo 1 para el hidrógeno o 207 para el plomo, eso nos indica que los metales poseen alta densidad al estar combinados por átomos pesados con empaquetamientos menos sólidos.
3) Se tiene un mineral desconocido al cual se le quiere determinar la dureza aproximada en la escala de Mohs y se dispone de dos piezas metálicas de dureza Brinell conocida (metal A con una dureza HB = 500 y metal B con una dureza HB = 400). Al hacer un ensayo de rayado se observa que el metal A raya la muestra de mineral, mientras que el metal B no lo raya. Utilizando la tabla de conversión entre escalas, ¿cuál sería la dureza aproximada en la escala de Mohs del mineral? Justifique su respuesta.
¿
Repuesta: Al realizar los ensayos y comparaciones del mineral desconocido para luego determinar su dureza, al realizar el rayado de la muestra con el metal A de 500 brinell este sufre daño la cual indica que el mineral desconocido es más blando, el otro ensayo del rayado de la muestra con el metal B de 400 brinell en este caso sufre daño eso indica que el mineral desconocido es más duro que el metal B. Al hacer el cálculo en la tabla de conversiones entre escalas, al comparar la dureza promedio del mineral desconocido basado en la escala de Mohs la cual agrupo 10 minerales corrientes numerados del 1 al 10 basado en la dureza y capacidad que tenía cada uno, bajo este concepto puedo concluir que el mineral desconocido se ubica a la altura del N° 6 de la tabla de Mohs que pertenece a un mineral Ortosa (ortoclasa). Del mismo modo puedo indicar que la dureza promedio de este mineral es de 450 brinell.
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4) Observe las siguientes imágenes e identifique cuál(es) es (son) fractura(s) dúctil(es) y cuál(es) es (son) fractura(s) frágil(es). Justifique cada una de sus respuestas.
Respuesta. Fractura Dúctil. Podemos decir que un material muestra una fractura dúctil al ensayar gran cantidad de desfiguración plástica con impregnación de energía antes de quebrarse, esto nos explica que las áreas de fractura dúctiles
poseen sus particulares rasgos a nivel macroscópico como
microscópico.
Fractura frágil. En el caso de las fracturas frágil esta se generan sin haber desfiguración plástica notable, esta ocurre por transmisión rápida de la grieta no produciéndose absorción de energía, es decir no hay creación de cuello, esta grieta se genera perpendicular en dirección a la tensión aplicada creando una fractura con superficie plana.
La figura A nos muestra una fractura dúctil, donde se aprecia la formación de cuello y posteriormente se generan cavidades y micro cavidades en el interior de la sección internas a medida que aumenta la deformación plástica estas se juntan y colapsan hasta llegar al punto de ruptura.
La figura B corresponde a una fractura del tipo frágil, ya que no se aprecia deformación plástica notable más bien fue una transmisión rápida de la grieta llegando a la ruptura creándose una fractura con superficie plana.
La figura C corresponde a una fractura del tipo dúctil debido a que se muestra una deformación lateral del tubo de plástico, se aprecia el inicio de la deformación de la grieta en la pieza de forma progresiva en el tiempo con mayor deformación.
5) De 2 ejemplos de fallas por fatiga, uno para el caso de una pieza metálica y otro para una pieza elaborada con polímeros e indique, en cada ejemplo, cómo afecta la fatiga del material en la vida útil de la pieza.
Respuesta. La fatiga es una condición de falla que se produce en los materiales esto se presenta en estructuras que son sometidas a grandes esfuerzos dinámicos y fluctuantes, en algunos casos los materiales son sometidos a fuerzas repetitivas de tensión y expansión.
Ejemplo 1. Está relacionado con una falla de estructura metálica, esto ocurrió en la planta concentradora en una de las área de chancado de pebbles, esta estructura es una plataforma compuesta por 2 vigas H que tenían como refuerzo diagonales de ángulo 70X70, un tramo de esta plataforma quedaba con una zona en voladizo, sobre esta proforma estaba instalado un sistema motriz de una correa transportadora compuestos por una polea, reductor, acoplamientos y motor eléctrico, resulta que con el tiemplo esta estructura producto de las vibraciones, sobre cargas las vigas se empezaron a fletar en la zona del voladizo produciéndose una desnivelación en la plataforma producto de la fatiga de los materiales.
Ejemplo 2. Se trata de una falla por fatiga de los elementos que usamos a menudo en nuestro hogar, se trata de los colgadores de ropa que normalmente mantenemos en los closet , este tipo de colgadores de ropa son de plástico elaborado de material de un polímeros, algo muy común que se da en muchos hogares, donde el colgador al ser excedido su capacidad de resistencia en relación al peso genera deformaciones elásticas que generan una falla por fatiga en algunos caso llega a produce la ruptura del material.
6) Se realizó una prueba de fluencia en caliente para un acero inoxidable a 700 °C a 4 diferentes esfuerzos. Lamentablemente, el analista del laboratorio confundió los resultados y no recuerda a qué esfuerzo corresponde cada resultado, siendo los resultados de tiempo hasta la ruptura: 710, 110, 1.200 y 300 horas. Luego, con la información que dispone sobre el efecto del esfuerzo sobre la fluencia en caliente, ayude al asistente a organizar los resultados para así completar la siguiente tabla:
Respuesta.
La fluencia en los materiales se da a partir de las fuerzas mecánicas que se localizan expuestas con ascenso de temperaturas que radica
en la desfiguración plástica de los materiales
encontrándose expuestos a una variadas cantidad de fallas que ocurren en los elementos empleados a altas temperaturas pueden asignarse a la fluencia en unión con la fatiga, la afluencia se puede producirse en todo tipo de material. Las fluencias de clasifican en tres tipos.
Fluencia primaria o transitoria. Esta es la que se produce primero y se califica por la velocidad de fluencia decreciente, demostrando que la pendiente de la curva se reduce a mediado que pasa el tiempo, esto insinúa que dicho material está ensayando un incremento en su resistencia a la fluencia.
Fluencia secundaria. En esta etapa a mediado de ocurre la deformación se observa una velocidad contante, mostrando en la gráfica una línea recta, siendo esta según frecuencia la etapa de mayor duración.
Fluencia terciaria. Por ultimo esta ocurre en la etapa final, se genera un aumento de aceleración de la velocidad de fluencia llegando al límite de conseguir la ruptura, al producirse cambios estructurales y metalúrgicos se logra llegar a este tipo d ruptura, al tener la separación de los bordes de grano formándose fisuras internas, cavidades y huecos.
Para cada tipo de fluencia se designa al tiempo progresivo donde se comprometen aspectos relacionados con temperatura, velocidad, tiempo y puntos de ruptura.
Esfuerzo aplicado (Mpa)
Tiempo de ruptura (h)
115
110
130
300
145
710
160
1200
Justifique adecuadamente su respuesta. Para complementar
los resultados precedentes considerados en la tabla se indicar que la
deformación sucede en función del tiempo a tención persistente a alta temperatura que según datos entregados se crea una deformación instantánea luego proseguir en la curvatura de deformación
estando mayor tiempo expuesta la pieza
correspondiente a cada uno de los esfuerzo aplicados.
arroja el tiempo de ruptura
Para finalizar se menciona que al incrementar el esfuerzo, el tiempo hasta la ruptura disminuye, otorgando cada uno de los tiempos correspondientes según con los datos anteriormente realizados.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Contenidos de la Semana 2 y recursos adicionales, Asignatura Resistencia de los materiales IACC 2018.
