ELEMENTOS DE DISEÑO DE MA Informe de año sa Fernando

ELEMENTOS DE DISE
Inform
Fernan
Pr
Departamento de I
UNIVERSIDAD
FACULTAD DE C
S
TABL
"'.
1'-
•í
I
CAPlTULO r. CONSIDERACION
MAQUINARIA AGRÍCOLA
l. UN PROCESO GENERAL DE D
2. CONSIDERACIONES GENRAL
CAPITULO n.
MECÁNICOS
ESFUERZO
1. ANÁLISIS DEL ESFUERZO
2. CONSIDERACIONES REFER
DEFORMACIÓN
CAPITULO m. MATERIALES M
DE MAQUINARIA AGRÍCOLA
CAPITULO IV. TEORÍAS DE FAL
1. DISEÑO POR RESISTENCIA E
2.. FALLA POR FATIGA CAPITULO V. EJES DE TRANSM
CAPlTULO VI.. VIBRACIONES M
CAPlTULO VII. TRENES DE ENG
CAPITULO VIII. CALCULO DE C
1. CORREAS O BANDAS DE TR
2. TRANSMISIÓN DE POTENCIA
CAPITULO IX. ELEMENTOS RO
DE POTENCIA
CAPITULO X. RESORTES CAPITULO XI. CALCULO DE CO
CAPlTULO XII. ACOPLAMIENTO
ANEXO 1. SISTEMA INTERNAC
ANEXO 2.
FUERZA CORT
DEFLEXIONES EN VIGAS
ANEXO 3.
DIAGRAMAS
CONCENTRAClON DE ESFUERZ
BIBLIOGRAFIA
UNIVF.RSIIlAU
S
DEPTO.
El texto que aquí se presenta
Mecanismos que actualment
los Ingenieros Agrícolas y se
agrícolas para profesiones
estudiantes deberán haber a
ingeniería que consisten ese
Física y varias de las cienc
Materiales. Estas herramien
la práctica de la ingeniería
universitaria, es apropiado i
de la ingeniería.
Su estudio resulta necesario
y situaciones prácticas que
puede encontrar el técnico re
y sistemas mecánicos.
El Capitulo 1, Considerac
maquinaria agrícola contien
general del diseño y un anál
En el Capítulo II, Esfuerzo y
Capítulo III, Materiales m
maquinaria agrícola, se pr
considera que el estudiante d
estos temas, pero no siem
presentado con el simboli
subsiguientes del libro. En
diseño de máquinas, se inte
anteriores con la meta de an
mecamcos.
los Capitulos
mecánicos especificos tales c
cadenas, sujetadores, resorte
y el tema de las vibracio
formación de los ingenieros p
Confío que la temática expue
sea útil no sólo para los alum
estén interesados en adquir
campo del diseño y evaluació
Fernando Álvarez Mejía
Profesor Maquinaria Agrícola
CAPITULO 1. CONSIDER
DISEÑO DE MAQUINARIA
1. UN PROCESO GENERAL
1.1 Introducción
El diseño de maquinaria a
cálculo de transmisiones y
estos tópicos constituyen p
de la maquinaria agrícola,
proceso total de diseflO.
La integración del proceso
al Ingeniero Agrícola tener
la maquinaria agrícola, int
seguir un procedimiento m
La cualidad que hace buen
desarrollar su propia filoso
incluye organizar la metodo
hasta que se llegue al pro
los recursos tecnológicos
consideraciones económic
seguridad durante el proc
filosofía de diseño, el ing
aprendidas y aquellas que
especializados para crear
humanidad y mejore la
generaciones futuras.
Para Shigley y Mischke:
satisfacer una demanda hu
el campo mecánico puede
mucho mejor tener la idea
que resultará diferente a
solamente por su disposició
ciertos detalles de importan
es
un
don
exclusivam
vocacional" .
Gasson define los diseñado
los agentes de la destreza
sus energías creativas p
hombre".
Cuando se plantea una
pregunta: no será que el
más personas trabajando
tomar decisiones, y una d
compromIso. El tractor F
(PTO) y el tractor Massey
soluciones buenas para
diferentes, puesto que ti
capacidades de lastre, etc
piezas normalizadas (pe
mecanismos fabricados por
Para un buen proyecto, el
1. Las cargas aplicadas
deformaciones que esto
2. Materiales a utilizar y p
y mecanIsmos
3. Aspectos económicos de
4. El factor de seguridad p
5. Las condiciones de trab
6. Las características m
diferen tes
mecanismo
específicas en la m
automátización, etc.
Así como la tecnología cam
cambian . La automatizació
lugar al desarrollo del llam
(Computer-Aided-Design, CA
CAD ¡CAM (Computer-Aided
que han proporcionado a
más bajo costo.
1.2
El proceso de diseño e
La resolución de problem
proceso, que comienza
donde se obtienen unas e
el mayor trabajo se tradu
reconocimiento de la
capacidad de observació
del tema. A medida que e
análisis, síntesis, eval
problema se dan cada
especificaciones finales.
detallado y se tiene
construcción del prototip
Este proceso posee un ca
durante el mismo se de
nuevas perspectivas que
enunciados anteriorment
Todas las fases del pro
necesitan de bastante in
problema es necesario
comunicarla. El Ingenier
información disponible,
Frecuentemente los dato
pero el proyecto del pr
construido. Entonces, C
con buen dominio de l
observador experimenta
Dependiendo del grado
ciencia aplicada sobre
puede inicialmente ser
deberá iniciar su trabajo
fase superada por el obse
A medida que el cúmulo
con leyes físicas conocid
experimentado va siendo
ecuación, utilizado por
repetitiva acompañada d
conduce a una
soluc
distancia a la solución
escapa de la definición b
la necesidad humana
aprovechamiento de los r
de un proceso de optimiza
La observación de los fe
estar constantemente a
aplicadas y básicas, bus
dentro de esas leyes (ecu
fin de poder optimizarlo
matemáticos convenciona
para hacer uso de la in
información procesada es
Después de la determina
proceso, queda bajo el c
físicamente posible (opti
iden tificación de las ecua
en observación aumenta
mecánica clásica aplicad
materiales con comporta
como lo es el acero y otro
Gran número de probl
científica necesaria para
necesario de aprovecham
matemático de los fenóm
en el secado y almacena
un buen ejemplo de esa
la resistencia de los mate
grado de hiperestaticidad
de la informática al pun
piezas de geometría comp
con relación a las condici
o materiales.
Nuevos ecuacionamiento
materiales son observado
ciencia aplicada, tales co
los productos biológicos
tiempo en su comportam
presiones sobre superfici
los componen tes de las m
Otros materiales como
conocidos en su comporta
aplicaciones agrícolas. C
de elasticidad y compor
grandes deformaciones e
la utilización de los recu
superposición que se apo
carga-deformación.
La peculiar estructura m
extremadamente largas d
relativa y grado cristalin
traducidas en un bajo c
propiedades
de
perfe
autolubricación y maX
sobresaliente resistencia
La rápida difusión de las
utilización creciente de l
agricultura, están acele
comportamiento
mecán
convencionales.
El comportamiento me
geometría
regular
(cu
ecuacionable.
Element
pueden ser representado
disposición adecuada de
(elementos finitos) y com
comportamiento del elem
1.3. Desarrollo del proces
- Estudio de factibilidad.
conjunto de soluciones úti
muestra en la figura 1. Di
necesidades: la meta de e
reales que el sistema debe
el análisis de la actividad
condiciones que limitan el
determinar los límites y las
sistema y con los cuales
poderlo considerar como
actividad está basado en el
a un sistema cuya forma es
.ANALlSIS DE ~. IECESIDADES
AN,ALlSIS DE Acn·./IDA.DES
FüFHv1I)LA.CI O~l DEL SISTElvlA,
Figura 1. Elementos ut
posible a un problema da
Definición. El proble
amplia y precisa sin con
soluciones. En general,
la mayor parte del proble
menor posibilidad de qu
etapa se hace un esfuerz
las metas que se propon
validez de la existencia ec
La formulación del pro
necesidad reconocida que
de la máquina. Un probl
distintas fases del proyec
se debe conocer: la ac
objetivos que se preten
materiales y humanos,
restricciones y tolerancias
- Análisis. Una vez defini
especificaciones, las cu
restricciones y criterios.
caracterizada por la gra
formular.
El análisis d
procesarlo de gran canti
fase, el problema debe q
técnicos.
- Sín tesis. El paso de la
que el problema ha sido
diversas soluciones pos
diseñador puede iniciar la
uno de los siguientes cam
de soluciones posibles,
razonamientos de tal
básicamente diferentes y
preguntas, de combinar i
y de modificar las variable
Con la síntesis se llega
elementos que van a comp
gene.ra1es de la ~áquina
funCiOnales que 1n tervie
n:ecanismo, el tipo de acc
sIempre la primera síntesis
vuelva sobre ella en ciclos
óptima deseada.
Evaluación. Existen d
evaluación: 1) la econom
tecnología en progreso
necesidad de comparar
méritos relativos, ventaj
una. Por medio de esta
valores relativos de cada
solucionar la mejor soluc
ser definidos en términ
problema. En cualquier
pasos: 1) seleccionar los
las diversas soluciones.
pronosticadas de las di
elección.
1.4
Formalización del pr
El proyecto preliminar
establecer cuál de las
concepto del proyecto. E
establecer la amplitud de
controlarse los parámetro
La importancia de usar u
El diseñador debe exam
compararlos con los dispo
especialistas que casi si
producto más barato y de
El anteproyecto es la ba
estimativos preliminares
obra y manufactura; e
detalles.
Las notas de
completamente el produ
tolerancias de los pri
térmicos,
terminados,
especiales, y cualquier o
Si así 10 considera el dis
estar asociada con estas a
Aprobado el anteproye
información detallada de
sistema puede estar com
sistema puede comprende
varias partes, los cuales s
El anteproyecto indicó lo
pero no suministró t
información para manu
detallados deberán mo
dimensiones con
sus
acabados superficiales,
manufactura de las parte
En el proyecto debe inclu
Memoria
definitiv
dimensionado y p
elementos o pIez
complementarios.
Planos generales y d
Presupuesto de fabr
Programa de mante
Pliego de condicion
piezas, procesos y m
1.5
Ejecución del proye
Ejecutar el proyecto es l
las especificaciones est
revisarse completamente
experimentación, la instr
equipos para su produ
modelos a escala del con
va progresando hasta la c
harán los primeros e
experiencias
completas
cargas y condiciones de
considerando el comp
inspeccionar el proyecto
aquí se pasa a la fabri
series, cuya salida al
diversas y reales, aporta
tanto técnicas como co
fabricación de senes may
del proyecto.
1.6 Códigos y normas
Un código es un conjunt
análisis, el diseño, la fabr
o sistema.
Su propósito
especificado, buen funcion
Una norma o estándar es
piezas, materiales o proc
eficiencia, uniformidad y c
La normalización es el con
los fabricantes, comunes
Su objeto es establecer
serie y el intercambio
internacional, con el cum
que garanticen el producto
La normalización tiene ve
racionalizar variedades y
producción y el intercamb
existencias en almacén, m
comercialización de los p
la gestión de compras.
Para los consumidores
calidad y seguridad de
información de las cara
comparación entre varias
Los elementos normalizad
medida, los elementos c
piezas, la designación de
precisión, los procesos d
ensayo, medición y análi
seguridad y la ergonomía.
La normalización es estab
paises tecnológicamente d
técnicos que contienen es
Las normas más importan
1.7 El factor de seguridad
Al tratar con esfuerzo y res
enfrenta el diseñador es la f
de crear un diseño seguro, c
La resistencia (S) es una
un material o de un ele
elección, procesado o
independiente de que se
La resistencia de una pi
dependiendo a que haya
tratamiento térmico, como
Se ha vuelto costumbre
normal y r para el es
cualquier carga que se
utilizan también los té
permisi ble del esfuerzo
resistencia reducidos que
de una pieza con tamaño
resistencia. La relación
mmlmas especificadas
conformidad con el Có
Construcciones
en
Ac
Construction-AISC) se esta
TENSIÓN:
CORTE:
FLEXION:
APLASTAMIENTO:
0.45
fp
0.60
Cip
El valor del esfuerzo en e
una pieza es conocido tam
valor se determina con b
pruebas normalizadas s
condiciones de laborato
propiedades de los materia
elaboran y trabajan las p
una buena cantidad de e
va a ser utilizado en u
sometido a cargas de
resultados de un ensayo
combinadas se requiere d
combinación de estas car
son costosos, se recurre
para obtener los valore
resistencia última (Su)' r
fatiga (Sr), etc.
El término Factor de Seg
de Diseño, es un númer
segura de un eiemen too
proporcional a la carga se
n
Resistencia
Esfuerzo
La resistencia puede ser
correspondencia con el es
cortante (Ss) en MPa ent
cortante (r) en las mis
misma punto o conjunto
En muchas aplicaciones no
y el esfuerzo producido.
define como:
Carga Limite
Carga Admisible
n
- - - _.......................
n
Resistencia en un
Carga o fuer
_-~
Para tener en cuenta las
resistencia y carga, se e
totalmente a la resistenc
íntegramente a la carga
cargas (nL). Cuando ns
esfuerzo permisible (Cíp, T p
s
Gp Cuando nL se aplica a l
permisible:
Fu
El f actor de seguridad tot
El factor de seguridad es
incertidumbres que puedan
sobre un elemento diseñ
fabricante y el proyectista
construidas muchas piezas
La determinación del facto
importante del ingeniero.
probabilidad de falla i
innecesariamente grande
funcionales.
El valor de
fuertemente por los siguien
l. El material de la p
homogéneo, de especif
Durante el proceso de
y dimensiones de los
variaciones.
Además
residuales debido al c
el almacenamiento, tra
Los materiales frágile
mientras que los ma
acero estructural, sufr
de fallar, que es la con
2. La carga que actúa en
variable, si es bien
so brecargas posibles, c
La carga estática es un
un momento que pos
aplicación invariables.
aquella carga que ind
cargas que varían po
generalmente tratadas
carga de un resorte sob
La carga variable o c
esfuerzos que varían
cargas pueden estar
mayoría de los materia
el número de ciclos d
cíclicas por ejemplo:
engranajes, ejes rotand
causadas por vibración
Muy pocas veces se co
mayoria de las utilizad
por esto que se usan
variable, dinámica o de
3. Peligro de vida del ope
en la maquinaria o equ
pérdidas de vidas o de
pequeño de seguridad.
Es importante que el In
buena cantidad de en
proporciona informació
falla de una pieza pued
respecto, se distinguen
La falla podría pon
justifica un amplio p
La pieza se fabricar
una serie importante
Las can tidades de
justifica ningún ens
El elemento ya ha
resultados negativo
conocer las causas
para mejorarlo.
4. El ambiente en el que
mayor factor de segu
condiciones como la
controlar.
5. Los métodos de anál
simplificatorias que co
aproximaciones de los
En gran parte de las
seguridad están espec
preparados por comit
factores de seguridad
son el resultado de la
de máquinas o la natu
,Joseph Vidosic, citado
guía para el factor de
la Guencia (Sy) que
básicos y que varían
grado de incertidumbr
l. n
1.25 - 1.5: para
controlables y sujet
determinados con c
2. n
1.5 - 2: para m
condiciones ambien
pueden ser determi
3. n = 2 - 2.5: para m
ordinarios y sujeto
determinados.
4. n = 2.5
3: para
frágiles en condici
esfuerzo.
5. n = 3 - 4: para mater
promedlas de ambie
6. n = 3 - 4: puede ta
conocidos que van
sujetos a esfuerzos
7. Cargas repetidas: lo
6 son aceptables p
resistencia a la fat
nuencia del ma teria
8. Fuerzas de impacto
los ítem 3 a 6, pero
9. Materiales frágiles
última (Su) es usad
presentados en los
doblados.
10.Cuando los altos fa
profundo debe ser l
1.8
Sistemas de unidad
En la ecuación simbólica
Newton), F representa la
longitud y T simboliza tie
de estas cantidades s
fundamentales. Seleccio
cuarta es considerada co
es la unidad derivada el
sistema gravitacional de
unidad derivada, el sistem
unidades, como es el siste
El sistema pie-libra-segu
son los dos sistemas grav
de habla inglesa.
Teniendo en cuenta el
diferentes sistemas (ingle
tabla siguiente las unida
de ellos.
Tabla l.
fuerza.
Sistemas de un
Sistema
---_._+---~--~._--
La unidad de fuerza tiene
diseño de los elementos
cálculos de torque, esfu
potencia y módulo elást
descripción más amplia
unidades (SI).
2. CONSIDERACIONES GE
2.1
Introducción
El trabajo de cualquier má
su concepción como conju
pero también de la correcta
su correcto montaje y del
trabajo será útil si, además
del precio, sino también de
su vida previsible, económi
El proyecto y la construcci
de conjuntar y utilizar muy
y leyes fundamentales de
hidráulica); lo experiment
selección y el análisis
conocimientos de las técnic
2.2
Definiciones
Se entiende por mecanism
movimientos de las dive
máquinas y las fuerzas qu
un conjunto de órganos o
el movimiento de uno de el
El estudio de los mecanism
refiere al movimiento de lo
al cambio de posición de
cuenta la resistencia del
refiere a todas las fuerzas q
de esas fuerzas permite
con la resistencia de los ma
Máquina: es un conjunto
forma que las fuerzas que
tipo de trabajo útil. Es de
un trabajo mecánico.
Cadena cinemática: co
máquina y que determin
adecuados para la consecu
Transmisión de movimien
obran a distancia como la
pieza no pretende hacer qu
dos o están ligadas por int
el movimiento.
Conductor y conducido:
moverse a otro se llama c
denomina receptor o cond
movimiento al conducido po
dentadas o engranajes): p
camas) y por medio de con
fluidas (hidráulica).
2.3
Transformación de m
Combinaciones más usadas
obtener la transformación d
1. Mecanismos que transf
en otro movimiento rec
poleas móviles.
2. Mecanismos que transfo
en otro de traslación
obedezca a una ley dad
engranaje, torno difere
finalidades, como eleme
piezas como hl.lSillos. El
excéntricas o camas,
mecanismos.
3. Mecanismos que transfo
en otro movimiento ro
transmisión por correas
doble junta, acoplamien
4. Mecanismos que transfo
en movimiento rotacion
biela y manivela en m
compresores.
5. Mecanismos que transfo
en otro alternativo o
manivela y las levas.
2.4 Análisis funcional de
Una máquina agrícola ti
como un sistema con e
conformidad para lo que
simple que sea, puede se
entender como trabaja u
como una colección o s
máquina agrícola puede
sistemas de soporte y sist
I
SISTEMA DE
SO PO fn r·;
I
I
ESTRUCTUliA
I
CONTROL
Figura 2. Sistemas de Má
Los sistemas de soporte
proceso a cumplir su f
sistemas: estructural, de
El sistema estructural o cha
partes de la máquina para q
le son propias. La parte
soportada por: las ruedas,
por el tractor, como en el ca
El chasis se construye de pi
prensado. Esto quiere dec
soportan las condiciones
máquina. Se emplean m
disponibles como se muestr
• Planchas: lisas de meta
cosechadoras, en la pr
construcción de tanques
• Barras planas: para sop
• Tubos: soportan bien car
• Perfiles: soportan bien ca
Hexa
ta)
M
I
Vi,.. (P ..11n anch
T
(b) P
Figura 3. Secciones usuale
El sistema de potencia s
proceso. Las máquinas
fuen te de potencia (moto
potencia (tren de transm
tractor como fuente d
transmisión de potencia
de potencia (PTO), etc.,
Los elementos y mecanism
ejes; chumaceras y cojinet
cilíndricos, comcos, hipo
cadenas y ruedas; poleas
levas; acoplamientos: junt
frenos y volantes.
Los elementos de umon o co
con el chasis y se conciben
montaje o desmontaje:
• Conexiones fijas: soldadura
• Conexiones desmontables.
para su reparación y re
tuercas, chavetas, pasadore
• Conexiones más o meno
autógena y algunos pegan t
La función del sistema de c
sistemas de proceso, cont
automáticos.
Los sistemas de proceso
máquina que desempeñan l
fue disdlada: cortar, separa
mecanismos operativos y f
máquina. En general el n
nombre del mecanismo o
máquinas incluye el nom
nombre del cultivo o proces
maíz, clasificadora de papa,
Como los sistemas de sopo
ser divididos en tres tipos
y no direccionados. Los p
pueden ser regresados a
clasificación, la compactaci
son aquellos que no pueden
ejemplo el corte, la moliend
los procesos no direccion
dirección.
Ejemplo:
tran
almacenamiento de material
PROBLEMAS
1. Convierta las siguientes ca
apropiadas.
a. Un esfuerzo de 20000 psi
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
1.
J.
k.
1.
m.
n.
o.
p.
q.
r.
s.
Una fuerza de 350 lb
Un momento de 1200 lb
Un área de 2,4 in 2
Un módulo de elasticidad
Una velocidad de 45 mil
Un volumen de 60 in 3
Una longitud de 60 in
Un esfuerzo de 90 kpsi
Una presión de 160 psi
Un módulo de sección de
Unpesounitariode2,61
Una de flexión de 0,002 i
Una velocidad de 1200 f
Un volumen de 8 galones
Un área de 100 acres
La velocidad de un tracto
Una potencia de un mot
Un caudal de 60 galones
2. Una cosechadora de ma
sí, recorre 80 m en 2
segundos, tiene 30% de
trabajo es de 9 horas,
hora, y el combustible cu
a. La velocidad de la cosech
b. Cuál es el consumo de c
c. Cuántas hectáreas cose
por hora.
d. Cuál es la producción de
no hay pérdidas de prod
e. Cuántos kilos recoge la c
3. Una aspersora de 12
utiliza para hacer una
descarga 2 galones por
eficiencia es del 80(%, la
10 horas por día:
a. Calcule la dosis que se e
b. Si se tiene un lote de ma
asperjado.
c. Cuántas hectáreas se cu
d. Si la aspersora recorre
galones
aplica en es
cubrirlo.
4. Halle los factores unidad
a. Acres y pulgadas cuadra
b. Kilómetros por hora y p
c. Metros cúbicos y galone
d. Galones por segundo y m
e. Milla cuadrada y acres
f. Centímetros cúbicos y p
g. Galón y pulgadas cúbic
h. Galón y pintas
J. Galón y cuartos.
El eje de una máquina
calcule su frecuencia en
(Hz) 1Hz = 1 ciclojsegu
6. (.Cuántos metros cúbic
hectárea durante un ag
7. c':Cuál es el caudal en li
una sección de 3 pies c
3 kmjh?
8. La energía almacenada
la ecuación: U = 4F2D3
(número adimensional),
energía almacenada en
9. La fórmula para la defle
Si F
0,
3nEd 4
d = 19 mm. Determine
y
10.En la fórmula del probl
producir una deflexión
y d = 20 mm.
11. En la fórmula del prolJ
para generar una deflex
d 10 mm.
12.Teniendo en cuenta las
Internacional) como re
unidades recomendable
a. cr = M/Z, donde M 2
b. cr =o F / A, donde F 42k
c. y = FP / 3El, donde F
6.4cm 4
d. <P == TI/O,J, donde J=nd
y
d = 25mm. Convierta
e. cr == F /wt, donde F 60
f. I = bh3/ 12, donde b
g. I = nd 4 /64, donde d 3
h. "( = 16T/nd3 donde T
1. "( = F / A, donde A
nd 2 /
3
J. cr = Fa/nd , donde F 8
k. Z = (n/32d)(d 4 -d¡4) para
1. K = d 4 G/80·3 N, donde d
= 32 (número adimensi
CAPITULO II.
MECANICOS
ESFUERZ
1. ANÁLISIS DEL ESFUERZ
1.1 Introducción
El diseñador debe tener la
diseñe siempre sea mayor q
exterior. Cuando un eleme
externas de tensión, comp
ellas, generan esfuerzos
estructura reticular del ma
esfuerzos se cuantifican po
1.2 Estado general del esfu
En un punto determinado
de ejes rcferenciados, se c
cuyas caras sean perpendic
normales Ch, (}y, (}z (positi
esfuerzos cortantes positivo
y
t
/
z
Figura 4. Estado general de
En el equilibrio estático:
txy =
tyx;
t yz =
tzy y
tz
Los nueve esfuerzos mostra
matricial en el denominado
general de esfuerzo en un p
Tensor (al r~:Y~:
r xz
'-yz
El estado general de esfue
figura 4, no dan una visió
transmiten dentro del mate
definiciones que aclaran est
• En cualquier estado de
puede orientar de tal
conviertan en cero sobre
• Las tres direcciones no
denominan direcciones p
• Los tres esfuerzos norm
se llaman esfuerzos
gráficamente la natural
donde los esfuerzos equ
mostrados.
Figura 5. Transformación d
El tensor de esfuerzo básic
en términos de los esfuerzo
Tensor (a), principal
::
r
Un estado de esfuerzo pla
acciones exteriores sólo
mostrado en la Figura 6.
y
t,
Cf_,
- _...
j ".
-
z
Figura 6. Estado general d
En forma tensorial, el estad
General: Tensor (O")
:::;
Referida a los ejes principale
(a), principal
Tensor
(2.5)
En el estado bidimensional
a, y r en cualquier plano,
partir de los esfuerzos (Jx,
considerando un elemento d
Realizando el equilibrio de f
crcos~ds - crxdy - Txydx - Tsen~.d
Dividiendo por ds y dado
qu
y
Figura 7. Estado general de
crcos~
-
crx:cos~
1;xySen~
crsen~
- crysen(p -
1;xyCOS~
+
Tse
TC
Organizando en forma matr
(
(
l
-SC\l(p)
COS
sen~
COS~ /
== (COS<\>-SCI1(P
selHp
J-J
l(J
cos<\>
( --scn (p cos <\>
cos~
scn<jl
cr
crxcos 2<jl +
T
-crxcos(psen~
a,<
( (J
TxyCOs~.sen<jl
-
+
'txysen2~
+-
Se tiene:
como:
(J
(J
(J)'
----'- + ,- .
2
2
cos2~
+-
r
Para conocer la dirección d
(principales), o lo que es
r =0, se deriva (2.6) en func
da
d<\>
2r
O ~ tan2<jl =--(J
-,
--
con dos soluciones, una pa
Se obtiene:
a J,
Para conocer la dirección d
máximos, se deriva (2.7) en
dr
-- =
d~
O-) tan241
Obteniendo:
r m;1X,m!fl.::::+
En los planos principales
embargo en los planos con
+
2
Eliminando la variable
de valor
(J,
~
de
--2---'-
que al representar en e
ordenadas son esfuerzos c
normales (J,
se obtiene la ecuación de u
de radio
+ r~,
l
los esfuerzos normal y c
por un ángulo <1> respecto al
En la figura 8 se establece
esfuerzos normales se rep
cortantes como ordenadas
normales positivos se marc
normales negativos (de co
cortantes positivos o en el s
en el eje de las ordenadas
sentido contrario al reloj (s.c
r
o
Figura 8. Diagrama del círc
1.3 Relación esfuerzo-defor
La presencia de esfuerzos e
Se procura siempre que
deformación elástica, enc
materiales existe una relati
deformación en la zona elá
proporcionalidad entre el
unitaria (1..), se conoce com
cortante tangencial T tambi
deformación angular, defor
rigidez o de deformación tra
Se pueden escribir las relac
(ley de H
La deformación unitaria (f:
de la barra (ó) y la longitud
(2.12)
a=ED;
l
Gy
La deformación total de una
(e), seCClOn transversal (
(2.13)
Las constantes de proporcio
coeficiente de Poisson (u):
1.4 Esfuerzos que afectan a
• Esfuerzos
'" F
_
normales de
il-----,'Y
~~_ _ _ _
Bana cargada a tensi
Figura 9. Barra cargada a t
• Esfuerzos normales por
soporta cargas transver
momentos flectores en
esfuerzos normales por f
esfuerzo máximo por fl
alejada del eje neutro de
flexión se calcula como:
() =
McjI
Donde: M
=
c
momen to flec
momento de i
neutro.
distancia del
sección trans
La figura 10 muestra una
sección transversal de la vi
varía linealmente dentro de
cero en el eje neutro a un
eje neutro y un esfuerzo de
lT
'-­ _ _-l~_1-'- .r
:eI~~n.to .:l~ -e;:;:f!.l!'!rz,;> 1!lJ. .:
pa..~ :':1.1p~.rktr
deo b
n~
Figura 10. Distribución de
sección transversal de una
La ecuación (2.16) está suje
La viga se somete a
cortantes son cero o
otros tipos de carga (
El material de la viga
¡sótropo.
El módulo de elastici
y compresión.
La viga es inicialm
constante.
Cualquier sección tra
durante la flexión.
Ninguna parte de
corrugación o pandeo
También es común escri
():::: MjI/c
Ó ()
MIZ
Donde Z = l/c, conocido co
se presentan algunas propi
este texto.
•
Esfuerzo cortan te en vig
La mayoría de las vigas
momentos flexionan tes. U
sus ejes puede experiment
el análisis de vigas, y es g
fuerza cortante en toda la l
de fuerza cortante. El esfu
por:
1:
::::
VQ/It
Donde: V = fuerza cortante
1 = momento de inercia de
t = espesor o ancho de la s
calculado.
Q :::: momento estático de l
con respecto al eje neu
Donde Ap
parte del áre
calculado
distan
y
cen
del área Ap
La ecuaClOn (2.18) puede
evaluar
momento estático
la flexión es entonces calcu
de la viga:
TABLA 2.1 PROP
·, =
"H",
1 ~ momento de intrc
,] " momento polar do
Z - módulo de ~C(.íOl
K = radio de giro:>
l' - disUlfl{'Ía flJ celltn
RttúngulQ
CírculQ
~~...
ti
--..¡
i
m
G
¡
!
;
____
..
'M~
_
.. _
••
~
<
Corona circular
\---~--
II
ti. "----'-+4
I
I-
¡­
d,
~_..L--l
Para una viga de seC
es el área de la secci
Para una viga de sec
Para una viga con se
Para una viga en 1:
espesor del alma, h
• Esfuerzo cortante torsio
con un eje geométrico d
vector momento torsio
momento se dice que es
circular el ángulo de tors
(2.19)
= momento tors
longitud de la ba
G= módulo de rigide
momento polar d
J
Donde: T
e
Si se requiere calcular el
interior del eje, la fórmula u
distancia radia
Donde: y
En el caso de una barra ma
cero en el centro y es máxi
superficie exterior, entonc
(2.21)
Por lo general el momento
transmitir (hp) y de la velo
gravitacional inglés: T 63
En e l sistema internacional:
Donde: hp
T
W
potencia en W
par de rotación
= velocidad an
=
1.5 Combinación de esfuer
Los esfuerzos y las deform
las fuerzas que se ejercen s
resultante en un punto cu
cargas presentes. La idea
los efectos separados se co
es válido sólo para aquello
esfuerzo y la de flexión es di
Para determinar los esfuerz
separadamente los esfuerz
suman sus efectos teniendo
En el caso de una pieza de
(F)x, a
a un momento flexionante
v y t en la sección transvers
(2.24)
(correspondiente a una fibr
t
:;:
(4Vj3A) ±
(Trj~J)
(correspondiente a los punt
1.6 Concentración del esfu
Las ecuaciones de esfuerz
torsión) se derivan supon
elemento analizado. Sin em
o resaltos para la ubicació
axiales, los ejes deben tene
y otras partes requieren o
mellas de diversos tipos.
Cualquier discontinuidad
distribución de esfuerzos e
siendo válidas las ecua
discontinuidades se les co
esfuerzo, y a las region
concentración del esfuerzo,
Definiendo los factores d
factores por medio del cu
esfuerzo nominal, vnom o tno
CJmáx =
Kt
0nom
y
Lmáx
= Kt
L
Los valores de Kt depende
geometría específica y el tipo
de esfuerzos han sido det
formas geométricas y tipos d
resultados para varias forma
que se basa en trabajos fo
recientemente,
los inves
matemáticos para aproxima
factor de concen tración de
para la sección transversal
para varios tipos de elevado
frecuencia en el diseño, es
manuales preparados para
presentan los factores de c
formas geométricas y tipos d
2. CONSIDERACIONES
DEFORMACIÓN
R
2.1. Introducción
Un elemento mecánico se co
se flexiona y no se tuerce de
carga. Los términos rigidez
que dependen del caso.
En el disc!1o dc máquinas, e
diferentes maneras:
> Un
retenedor o anillo d
flexible para montarlo si
debe ser lo suficientemen
ensambladas.
y En una caja de velocidad
sostenidos por ejes rígi
engranarían adecuadame
antes de 10 previsto.
y Los dientes de un vibr
flexibles para vencer lo
terreno.
? La silla del tractorista de
a todas las condiciones
humano se obtiene únic
frecuencias.
2.2. Módulos y constantes
Elasticidad: propiedad de
configuración original despu
Resorte: es un elemento
después de ser deformado.
En la viga simplemente ap
relacionada con la fuerza F
del material. La viga se con
1.'"
Figura 11. Resorte Lineal
En la mayoría de los casos
es una constante que se
escribe:
k
F
Y
Para el caso de resortes en
§
/1/1/I/V1
/1/
kl
y
F
k
F se movera a una distan
cada resorte.
J
k
J
I
kl
k;:
-- +
1
+-­
k3 k
Resortes en paralelo:
Todos los resortes tienen la
F
F
k
2.3.
klY + k2.Y + k3'y
ky
kl + k2 + k3
Tensión, compresión
deformación total de
Fe
cargada a tensión: (5 .. ;
AE
g lb N
k:= AE [k
.........
"
"
e . cm
1 (No se ap
pul m
La deformación angular o dis
uniforme, sometida a un mom
º~J[~g,.cm , lh.pulg , N.m l
e racl
rad
rad J
k:= T
O
2.4. Deformación debida a fle
Un concepto fundamental par
Donde: M
momento flexio
x = posición sobre la
y
dellexión
Si se crea una ecuación de la
relacionaría a los otros factor
y == f(x)
dy
dx
e
M
dCy
El
dx 2 V
e1'y
El
dx
q
..
El
q
dO!
=
===
3
Y
dx 4
término general para l
Cantidades que serán positiv
2.5. Cálculo de deflexiones
Ya se tienen manuales y t
las deflexiones de difere
diagramas de fuerza cortan
modelos comunes muy uti
más comúnmente utilizada
Hay casos que no aparecen
siguientes métodos:
Método del momento
Por funciones de sing
Método gráfico de int
Método de superposi
Por integración numé
Utilizando el TEOREM
1.
11.
Ill.
IV.
v.
VI.
Aquí se recordaran algunos
2.6. Energía de deformació
La energía potencial al
elásticamente una distanci
F
U=i *y; k
F
y
Y
U
I
¡
F
F
:
k
2
=-2k
(ecuaciones
(2.37)
torsionante o
fle
Para una barra a tensión o
Para deformación angular
(2.39)
La energía de deformación d
La deformación por cortante
U
J
CV~dX => C orte por f
.~~
2AG
Los valores de C dependen
rectangular tiene un valor d
2.0 y perfil estructural 1.0.
Para flexión pura:
2.7. Teorema de Castigliano
Se puede expresar como:
elásticos sujetos a pequef
correspondiente en un punt
la fuerza, es igual a la deri
total con respecto a esa fuer
íJU
oi
élFi
Se puede aplicar para obtc
no actúe ninguna fuerza o m
siguiente procedimiento:
1. Se formula la ecuació
incluyendo la energía
actúa en el punto cuya
2.
obtiene una expresió
oi
3U
8Qí
3. Como Qí es ficticia, en la
2.8. Problemas estáticamen
Procedimiento:
1. Se escoge la reacción red
2. Se escriben y se resuel
para las reacciones r
redundante.
3. Se escribe la ecuación de
4. Se obtiene una expresió
8U
8R
O
5. Se despeja R de la expre
2.9. Elementos sometidos a
El término columna es u
aquellos en los que la falla
y se dividen en:
l. Columnas largas con car
2. Columnas de longitud in
3. Columnas con carga exc
4. Puntales o columnas co
2.10. Columnas largas con
La relación entre carga crít
en la Figura 12.
COLUMN AS LARO
f/14
r
Amhos a",-in~lliOS
el:np cü Edos
Con e:>-in,ruos
red.ond"'3.do5
o articulados
Figura 12.
Relación carga
con carga central
La fórmula de Euler para
articulados es bien conocida
Pcr ""
1 :;:: Ak 2
,
donde A :;:: Arca de l
entonces:
1[2E
Pcr
A
"(~'J" e/k
relación
k
(2.46)
I
Pcr/ A Carga por unida
columna en una condición
pequeI1a encorvadura del el
carga, hará que la columna
Para las otras condiciones d
Ambos extremos empotrado
Un extremo libre y otro emp
Un extremo empotrado y otr
En general: Pcr
o
Pcr
Cn 2 E
A
(e / k)2
C: Constante de condicion
siguientes valores teórico
En la Figura 13, se presenta
(2-51)
t.i
p..
1------'
'" /
¡.~
'/k
Figura 13. Gráfica de la cu
La falla
una columna es
consecuencia peligrosa. V
deben aplicar los conceptos
Se elige un punto T que tien
sólo cuando
(50) (/~).
S
Pcr
Su
A
2
-_ ... == --- =?
,
2rr2C
aSI :
Sy
2.11 Columnas de longitud
Se han propuesto varias fó
no resulta adecuada la fórm
J. B: Johnson es muy usad
Pcr
(()2
A = a -b ~ k)
a Sy
Pcr = S - (. Sy 1 JC l
A
y" 2rr k CE
e
2.12. Diagrama de flujo pa
Dependiendo de la secci
Johnson, generalmente se
Para el caso de una column
pasos que se resumen en e
(, C,E Y Sy.
M
O
D
E
L
O
1
u
n
e
lemento de esfuerzo tiene
Cíx
-30, Cíy = -60 Y t;\:y 25
(s.c.r.).
Hállense
los
esfuerzos y las direcciones
principales y dibuje el
elemento correspondiente
a los esfuerzos principales
y
el
elemento
correspondien te
al
esfuerzo cortante máxímo.
Entrar Pcr,
e,
1
d
d=2
Figura 14. Diagrama de
sección circular tipo Johnso
El segmento AD define el d
El eje x es la recta PA
EL eje y es la recta PD
La longitud PA = radio del c
1: rn áx
0"1
29.15.
= ~30~15+29.15
= ~15.85
~30~15~29.15
0"2
Tan2~
=
2~ =
~
25
15 1.666
tan- 1 1.666
= 29.5 • ~74.1
=
59° •
Elemento correspondiente
esfuerzos principales
y
0
2
MODELO 2.
La Figura ilustra un eje de
poleas en By C. Las fuerza
de las bandas en los lados
el diámetro apropiado del
normal de 16 kpsi y / o un e
A
TB
(300 - 50) x 4
250 x
Te
==
(360 - 27) x 3
Plano
y
=
999 lb
X)'
350 lb
8
-t--
8
---!---
6
-1
A !----~B----t--C--~t=
RA '1
1781.8
n
l'.Dl'
M
163.62
V
l7~ 1:----+----+
L __
~___L_
_ _ .....J
1
EBi¿MA=O
(-350)8 + 22 Roy
Roy
=
O
127.27 lb
•
t¿Fy=O
RAY -
350 + 127.27 == O
RAY == 222.72m lb
1.8y' +(844.32)2 = 1'
Me""
Un punto en B
+(1688.64)"
1
Tr
1 xl'
eJ
OA+AB
al
.
~..
.........
_
1(5093)2 + (1
~ (d J )2
AB = R
Si
O"adrn
= 16 kp
el
Si
1arlm =
d ==
12 kps
~-I;.~~ = 0.08
MODELO 3. Empleando u
8000 psi, determinar el dia
hp cuando a) la velocidad
cuando es de 200 rpm.
al utilizando la ecuación (2
63.000 x 50 hp
T =2000 rpm
Con la ecuación (2.21):
1: permisible
d==
=
161'
T.r
T(d
J
TCd4
=> d= 1 pulg
b) Para n = 200 rpm
T=
63000 x 50 hp
200 rpm
)1,
- 2. 1
---- d -- [1-Ó(15800)]'"
1[(800)
MODELO 4. En una mani
fuerza F en el centro. Desp
máxima utilizando el teorem
t.~
--
Se ubica una fuerza ficti
deflexión:
y
MAB ==
MBC
F(x
=Q
[/2) + Q(x - e)
(x - r)
La energía de deformación
limt1x
au
cJQ
1
--
2E!
[r
)
2M Ah DM
\
a!l1,!(~ :::::
eQ
aQ
¿j. = 1
-{
(/Ji"
El
X _ (
1/"_ F(x
el2 r
:[,
rt,)+O(x-
/ 2
Haciendo Q = O
F ,/
-Ih(x-r<)(x C)dx
El
/2
¡
MODELO 5. El cilindro hi
un diámetro interior de 3 i
psi. Con el montaje que
configurarse como una co
para cualquier plano de p
forjado AISI 1030 sin some
a) Utilice un factor de dise
para el diámetro del vás
In.
b) Repita la parte a) pero p
c) ¿Qué factor de segurid
casos anteriores?
Acero forjado AISI 1030:
a) para
r
=
60 in
P = 800 lb x
P
S
5.655 klb
1t (
l.5)
=
Preal
Pcrit
= 3 x 5,
( (64)XO
d
'-2-n:-2(-.'1-'~ => (\
.s:v
e e
d =>
k
e
k=
k)1
60 in
1,43m. =>
4
Es
4
e:::-::
k
(ij\k
SI,
p
1
correspondiente,
b) Para (
1
18 in
16, 96~~/b(18)2 i
(I)n:(30)(1 (t') Ih
IU
1 = 0,0186 in 4
1/
d= (ó4xO,0186)/4
d= 0,7846 in
(J )(30)( 1Oh)
=
I
(e
lk/
1:
k
50k-p.'i';
108,83
I
e e
1
a
4
k
18;n
0,7846in
4
[
k
Es
9,766
_e
(_C
k
k
. N o por 1o tant
'1.
J
J
se calcula así:
d =2
d=
c) d= 1,43 in
(Íl/)(
= -(1,43)4
_..._-
d=
1=
64
(Pcr)(t2)
n=
:;r2E
=~
16,8~234
Pcrit
::¿n
5,655
Para:
d= 0,807in
O,02082in"xJx;T[2 x 30xlO
(18)2 in 2
Pcrl9 026
==. , .
::¿ n= 3,364
·
Pcnt
11 ==
2,9854
= - - - - - - .... - - - - - - ...--=
real
5,655
PROBLEMAS
l. Para cada uno de los
continuación, dibuje un
los esfuerzos y direcc
Dibuje el elemento cor
elemento correspondie
a) a x = 12,
b) ax == 16,
e) ax = 10,
d) ax = 10,
e) ax == 10,
ax = -4,
g) ax = -50,
h) ax == 6,
i) o"x = -8,
j) (Jx = 9,
n
6,
= 9,
= -4,
== O,
= 24,
12,
= 60,
= -5,
O"y =
Ui'
ay
Ciy
O"y
ay
Ciy
ay
ay
ay
2. En una varilla de acero
actúa una carga de com
carbono. Determine:
a)
b)
c)
d)
El esfuerzo de comp
La deformación (uni
La deformación total
El aumento en el diá
3. Una varilla de acero d
soporta una carga de t
al Evalúe el esfuerzo y
b) Si esta varilla de
aluminio que debe
¿Cuál deberá ser su
c) Calcule el esfuerzo e
4. Se ha construido una b
grueso y 1 1/4 pulg de a
se encontró que una d
centros de pasador, en
exactamente.
+
1---
1
I
Determínese el esfuerz
montaje pero antes de q
5. La figura representa un
sostenido por cojinetes
de apoyo RI y R2. Sobre
y Fc 1.8 kN y también
sentido contrario: TA = -
a) Trácense los diagr
flexionan te y calcúl
puntos, O, A, B y C.
b) Localícese un eleme
sección transversal
Encuentre todas las
dicho punto, observa
eje.
c) A partir del elemento
círculo de Mohr, det
márquense las local
referencia y el ángulo
al
d) Dibújese el element
correctamente orient
cn él todos los ángulo
6. Un eje de acero de secci
la figura. El eje tiene un
cojinetes antifricción (de
cierta restricción en lo
centro. Primero supón
empotrados (como se
simplemente apoyado.
deflexiones?
1-20
~
7. Selecciones un perfil
lados iguales,
que s
manera que la deflexión
8. Seleccione una barra r
indicada, de modo que su
9. Utilizando el teorema d
máxima del voladizo que se i
10. En la figura, (a) es el cr
diagrama de carga. Cal
que la deflexión máxim
un acero de aleación c
Mpsi. Empléese el teore
RI
11 . El marco rectangular en
viga de patín ancho. O
del marco en el punto
fuerza F.
~---
I
h
X
/
12. Las barras'" OA Y AB
de acero UNS G 10100,
transversal de 1 x 1/
valores recomendados
extremos, ¿que peso W
barras?
y
r-----ll
13.En la figura se presenta
actúan dos fuerzas. S
estructurales montados
para soportar las cargas
la viga no exceda 1/16
que 6 kpsi.
y
80
14.Determine la deflexión
figura. Calcule la defle
difieren estos dos valor
- - 16 in
~
15. La deflexión en B de la
puede determinarse su
en A cuando actúa ind
en B cuando también
conoce como método d
la deflexión esté rela
Usando el principio de
viga en B si 1 = 13 in 4 y
~
3 ft
1)
~
16. La viga en voladizo que
acero estructural de 4
superposición determin
aplicar la carga para im
y~
1-----4
10
17. Determine la deflexión
figura. El material de
métodos.
y
18. En la figura se muestra
diámetro que sostiene do
una máquina y se produc
de la banda y 80 lb en e
recibe energía de un mot
B tienen la relación TI
en la dirección Z en las p
constituyen apoyos simpl
y
z
19. Un cable hecho de ace
un módulo de elasticidad d
sostener una jaula de 5
montacargas de mina. Si
malacate y la jaula es de
experimentaría el cable cua
una vagoneta y su carga.
minerales es N= 300 lb. El
tensión puede determinars
diámetro nominal del cable.
20. Una columna con amb
acero UNS 10150, lam
rectangular de 10 x 2
pandeo en kN para la
175,400 Y 600 rprn.
21. Una columna con un ex
hecha de acero UNS G 1
sección rectangular de
para las siguientes long
22.Una columna de Euler
está hecho de aluminio
será de 600 mm 2 y
Determínese la carga de
las siguientes formas:
a) Barra maciza redond
b) Tubo redondo con 50
e) Tubo cuadrado de 50
d) Barra maciza cuadra
23. Una columna que tiene u
y guiado se hará utili
caliente, o bien el más co
lo que dependerá de la
de la columna es de 1
seguridad de 3.25. Si
circular, determínese
redondeado al 1/ 16 pu
pulgadas.
24.Se desea construir una
sección transversal cuad
12.5 GPa, CJmlm 12MP
n=2.5. Determinar el t
columna debe soportar a
una carga de 200kN.
25.Calcúlese la carga de com
un ángulo de acero estr
longitud. Usar n 4.
CAPITULO III.
MATER
CONSTRUCCiÓN DE MAQU
1. Introducción
Un primer paso para diseña
buscar que la resistencia
esfuerzos a la que va a es
seguridad mayor que uno.
Para encontrar esta me
propiedades de los materia
están in timamen te ligados c
lo tanto deben conocer
características de comportam
tomar
en
cuenta
pro
maquinabilídad, estabilidad
eléctrica, pun to de fusión,
radiaciones, así como el im
sobre un diseño particular
precisos. Pruebas de labor
un diseño tuvo el correct
terminada, el tamaño y
condiciones de campo. Lo i
familiarizado con las técnica
de fabricación y
consult
Ingeniero metalúrgico para
técnica de construcción.
La selección de un maler
estructural es uno de los
ingeniero en el diseño de
tomarse a11 tes que se dete
Después de elegir el materia
del elemento en estudio
deformaciones a que está so
razonables en relación a las
Para datos específicos de un
los cóctigos y normas de
para la construcción de eq
Society Testing and Mater
Organization
(ISO), Soc
American Society of Agricu
de estándares que presen
través del texto.
El énfasis en la conservaci
los años 70 afectó grandem
usados en la fabricación
materiales ligeros tales co
convirtiéndose en los de
cuenta
en
la
constru
agropecuario.(Figura 15).
·18%
=1
1687
P
[-1
L
11
~
P
L~
<U)
Q
-55%
Il)
o
'"I!)
o..
283
~
+49%
180
200 ¡
100
Hierro
Acero
Aluminio
Figura 15. Tendencia de lo
de un vehículo automotor. S
La consideración más impo
que las condiciones de ope
es: temperatura, medio, e
limitación para el ciclo de v
Aquí se pretende mostrar e
más comúnmente utilizad
agrícola.
Es necesario s
adecuada de materiales, e
investigación, generalment
equipos del sector.
El p
fabricación de un determin
tipo de material que puede
2. Clasificación de los mate
En la Figura 16 se presen
ingeniería divididos en
consideran los ma teriales
elementos que se emplea
materiales como son los
combustibles y medios abra
3. Materiales metálicos
A excepción del mercurio,
cristalina, de forma que
según una red regular. Los
metálico en donde se com
mar de ellos. Cada núcle
pero éstos no están asigna
particular. Los metales tam
de su superficie; por lo gen
pulirse hasta obtener un ac
son capaces de soportar g
propiedades elásticas reve
hacerse aleaciones para m
como químicas. Cuando u
diferentes redes, una de las
estado alotrópico que p
diferentes.
4. Metales no férreos
Se clasifican en metales p
metales pesados aquellos
No metales
f
I
Férr¡os
Materiales sinterizados con
tratamiento térmico rígido y duro
I
I
Aceros
1
-
[;ndidos
~~
- Aceros
de construcción
Aceros de
herramientas y
I
- Hierro colado
Acero fundido
-Fundido maleabl
Naturale
-Cobre
-Zinc
-Plomo
-Estaño
-Níquel
-Cromo
-Tungsteno
Molibdeno
- Cobalto
- Antimonio
- Cadmio
- Bismuto
Mercurio
- Plata
- Oro
Platino
- Aluminio
Magnesio
- Titanio
Berilio
Carbón
Cuero
Materia
Vidrio
Armian
Porcela
- Madera
Sintéti
- Materia
- Transfo
Silicon
FIGURA 16. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE ING
70
!5kg/dm 3 ) y como ligeros
Los principales metales
níquel, cromo, tungste
antimonio, cadmio, bism
plata, oro y platino. Lo
empleados son el alumin
Las propiedades de lo
mediante aleación e
determinadas nuevas
aumentan casi siempre
en cambio disminuye e
corrosión también empe
en los metales no férreos
Las aleaciones de los
aleaciones de fusión o a
fusión poseen para la a
favorables para la col
fabrícación de piezas f
pueden deformar (mode
viruta, tanto en frío com
estas aleaciones barras,
5. Metales pesados no fé
Cobre y sus aleaciones
(8,9 k
l070 .
tanto
a
la 20 ...
60
El cobre puro es blando
fractura es fibrosa, nervu
una elevada conductibili
muy resistente a la corro
forma sobre él una delga
el contacto con el áci
cardenillo.
En la na
formando minerales, sie
calcocita, colcosina o co
conducciones eléctricas,
de calefacción y refrigera
Aleaciones cobre cinc (la
metales pesados, las má
al menos del 50%. Cuan
trabajabilidad sin arranqu
aleacciones cobre-cinc pa
aleaciones cobre cinc pa
especial).
Estas última
procedimiento de colad
cuadrados o rectangulare
tales como las chapas la
cuadradas, hexagonales y
estirados, perfiles por el p
formas irregulares que se
Aleaciones cobre estaño
cobre- estaño contiene de
y algunas tienen adem
resistentes a la corrosión
elevada resistencia a la t
buena al desgaste.
Cinc (2n) y sus aleaciones
sólidos el que tiene m
resistencia a la corrosión
a la corrosión frente a á
reducida. El cinc tiene un
Densidad
Punto de fusión
temperatura de vaporizaci
Resistencia a la tracción:
_._~_._
.. _~._ ..
Es empleado como chapa
de acero y de hierro) de
aleaciones. Para el traba
plegado, cte.) se calienta
150°C. Tiene que ser curv
de laminación.
Las ale
adiciones de aluminio y de
Estaüo (8n) y sus aleacion
la corrosión el estaño resu
de recubrimiento para ch
conservas). No obstante,
debajo de una temper
descomponerse y conve
conocido como "enfermed
con el frío.
Es utilizado en chapa
(papel u hojas de estaño
generalmente se reemplaz
soldadura y aleaciones.
Plomo (Pb) Y sus alea
resistencia frente a la co
Los compuestos de plom
han dictado prescripcione
------­
a_.la tracción
.....
Es empleado en chapas
resistentes a los ácid
envolventes para cables,
fabricación de albayalde,
vidrio de len tes. Puesto
rayos Roentgen, por los
para protección contra es
con casi todos los metales
Níquel (Ni) y sus alea
argentado, es tenaz y se
resistente contra la corros
sidad
Punto de fusión
Resistencia a la tracción:
con recocido de ablandam
con laminación--~-----dura
Es utilizado en recubrim
de aceros aleados y de
aparatos de la industria q
Cromo (Cr). El cromo es
de brillo argentado.
resistencia a la corrosió
recubrimientos antioxidan
Tungsteno (W, de wolfram
de incandescencia en lám
punto de fusión), para el
en las aleaciones de acer
así como en los metale
resistencia en caliente y
los filos.
to de fusión más alto
Molibdeno (Mo). El molib
aleación en los aceros
electrodos en los tu bos de
Vanadio (VI. El vanadio
muy duro. Se emplea en
de vanadio (solamente in
0,2% en los aceros p
herramientas de muy a
resistencia a la tracción y
difícil de obtener.
Gen
forma de ferrovanadio,
vanadio.
nto de fusión
Cobalto (Ca). El cobalto
níquel y es muy tenaz.
hasta el azul acerado. E
emplea como adición en
de imanes permanentes
importante de los metale
Manganeso (Mn).
man
emplea principalmente c
para las aleaciones de co
muchas aleaciones de met
Tantalio (Ta). El tantalio
más puro el metal, tanto
conformación en frío pued
entre los límites 35 y 110
es frágil y tan duro que
tantalio es muy resistent
más que por el ácido fluor
to de fusión
Resistencia él la tracción
~E:1.~_9 ~L~EL~~1!1~.
Titanio (Ti). El titanio es
resistente a la corrosión q
aproximadamente la mism
construcción y conserva
aproximadamente
los
principalmente como com
adición de aleación en
construcción aeronáutica.
Antimonio (Sb). El antim
argentado, muy frágil y n
adición para aleaciones.
metal blanco, del emplead
aleación del 70°/0 de ant
cuando se le somete a la a
sidad
nto de fusión
L ___ .~_.. _.
Cadmio (Cd). El cadmio s
aleaciones de bajo pun to
cadmio que funden entre
galvánicos de cadmio sobr
muy delgados y ser sin
recubrimientos de cadm
aspecto y se prestan par
las máquinas herramien
para metales de cojinete
placas de acumuladores
Bismuto (8i). El bismuto
brillante. La fractura e
láminas. Al solidificarse
componente de las ale
eléctricos).
Se emplea
lámparas reflectoras.
Densidad
to d~f~~ió
lPun
n ____.. . .
Mercurio (Hg). El mer
temperatura ambiente
dilatabilidad térmica se
propiedad de disolver ca
níquel, el tungsteno y
amalgamas. Estas amal
ambiente, pero con el ti
los dien tes)
ad
Punto de fu sión
-------------
Metales preciosos. Se lla
atacables por la mayoría
aún bajo acción del calor
Plata (Ag). La plata es el
eléctrica.
Se utiliza p
cortacircuitos y para c
dilatación térmica que
instrumentos ópticos va
plata.
sidad
to de fusión
Oro (Au).
El oro es un m
Su grado de pureza se d
está compuesto por 1000
quilates;
una aleación
14 quilates, y otra con 33
el oro es muy blando se
cobre o níquel y con
se
Platino (Pt). El platino e
kg/dm 3 ) y el iridio (de
pesado. No se oxida ni a
su brillo metálico. Es in
del agua regia (mezcla de
de ácido nítrico) y la
propiedades mecánicas y
(láminas hasta 0,0025
espesor. El platino se e
laboratorios químicos y p
así como para termopare
1600°C) y en piezas
jo
6. Metales ligeros
Aluminio (Al).
Propieda
recubre de una capa de
a la corrOSlOn.
Pos
(aproximadamente 2/3 d
del calor. Es susceptibl
estampado, colado, sol
soldadura, se puede pul
torneado, fresado, taladr
facilidad para constituir
su producción en plan in
a la tracción
de ablandamien
Aleaciones de aluminio:
Cu, Si,
,Pb y Mn. La
de cobre tienen gran
resistencia a la corrosión q
El aluminio y las aleacion
cuando se man tienen los
se utilizan grandes velocid
adecuados.
Magnesio (Mg). El magne
corrosión; en forma de vir
es muy facilmente inflama
el magnesio y sus aleac
oxígeno mediante espolvor
Los incendios de magnesio
viruta de fundición gris.
(llama muy viva). Las al
materiales metalicos más
sidad
to de fusión
7. Materiales sinterizados
El sin te rizado es un tr
semiproductos obtenidos p
óxidos metalicos o de car
bajo la influencia de las f
pastosos del polvo es lo qu
Son ventajas especiales
siguientes: se pueden uni
por fusión materiales con
diferentes. Pueden obtene
(filtros mecanicos, mate
compactos (piezas para co
La fabricación de piezas si
propiedades perseguidas,
del polvo, prensado de es
sinterizado de estas pieza
las piezas sinterizadas a
cernen tado o impregnación
Para la producción de
procedimientns. La fabri
vía química como por ví
pulverización dc metales
comprimido o mediante ch
Prensado: el prensado de
de presión e;.;:presamente
prensas especiales que se
no adquieren al prensarse
como ocurre en el caso de
La temperatura de sinte
substancia es de 60 a 80
material, y en el caso
substancias esa tempera
temperatura de fusión de
fusión.
Las temperatura
principales materiales so
hierro y acero sinterizados
a 1600°C y metales de
tungsteno, el molibdeno y
Según sea la composición
podrán ser tratados poste
propiedades. ASÍ, por ej
mejorarse la resistencia a
brusco y en el hierro sinte
al desgaste y a la corrosió
recalentado a 200°C. Tan
pueden cementarse y tem
sinterizados se impregna
propiedades de deslizam
precarias; el latón sinteri
galvánico de la superficie.
Se distinguen: material
materiales porosos, para c
piezas de precisión, orden
relleno del espacio y densi
impregnados.
1. Materiales no metálicos
Los materiales no metálic
sintéticos, siendo la made
fabricación de partes de m
que hoy más se están u
plásticos
se
distinguen
termofraguable, para scú
termino de polimerización
caliente, donde el mater
experimentan un endu
temperatura. Se destaca
silíconas y los fenólicos
mecanIzar y u tilizados
aisladores, tu bos y chapa
El término termoplástico
que se suaviza o se rebla
calor. Dentro de este gru
de vinilo, polieti1eno, el
generalmente son utiliza
carcasas y reci pien tes en
La variedad de caracterís
los plásticos es muy amp
de muchos factores co
fricción, influencia de lo
impacto, refuerzos y el c
sus catálogos informació
de los materiales plástico
2.
Aleaciones metálica
Definida como la mezcla
mismos, con disolución
lográndose
una
estru
determinadas propiedade
proporciones de la me
utilizado.
A una determinada presl
fu sión determinado mien
estado no mantienen su
no solamente sus propied
Las aleaciones están bas
hierro (aleaciones férricas
aquellas que se generan
(aleaciones no térmicas)
cobre, aluminio, niquel,
titanio.
9.1.
Aleaciones hierro-ca
Las propiedades mecánic
las aleaciones hierro-carb
de earbono en su compos
para su obtención.
Es
distinguen:
./ El hierro dulce o forja
contenido de carbono
escoria entre el 1-3%.
suelda sin dificultad,
resistencia a la corros
./ El acero: es una alea
carbono y otros eleme
carbono inferior al 2%
por su resistencia y c
carbono representa
acero, a este se le co
El carbono es un e
aleación, de tal m
porcentaje de este
variaciones en la resi
mejorar alguna car
densidad, dureza, res
alear el hierro-carbon
cromo, vanadio, mang
./ Las fundiciones son a
que oscila entre 2
encuentren entre 2,5
enfriamiento utilizado
./ La fundición gris o h
efecto del alto conten
carbono, al enfriars
Presenta bajos porcen
Llega a las fundicion
tra bajando en ellas
Debido a su relativo
fundido o ca lado en gr
y a su fácil maquinad
para la construcció
engranajes, etc. Est
debido a que puede ag
si la pieza es precalen
La fundición blanca
hierro está en la form
grafito, resultando en
dureza, muy frágil, d
al desgaste. Utilizad
llantas.
La fundición maleabk
especial, chatarra y o
o en cubilotes. Es u
construcción de chap
La fundición nodul
fundición gris y blanc
y fácil maquinado.
9.2. Otras aleaciones
Aleaciones de cobre, h
características como su
conforma bilidad, ductilid
etc. Las aleaciones más u
Latón, es una aleación e
de cobre y zinc pres
diferentes: latón rojo (5latón naval (60(/"0 Cu,39,
Bronce, es una aleació
aleación con un terce
aluminio, bronce al silici
Aleaciones de aluminio
resistentes a la corrosi
presentan también m
maleabilidad hace qu
generalizada. Posee elev
y electricidad
10. Tratamiento térmico.
Procedimiento que pro
materiales metálicos m
otras propiedades.
Las herramientas y las p
una dureza, una perm
resistencia adecuadas a
ejemplo, el filo de un cin
Los dientes de una rueda
capas exteriores duras
núcleos de los dientes,
tenaces con objeto de q
choques y a la flexión
mediante una buena el
conveniente tratamiento
10.1. Componentes de
acero no aleado: el con
variaciones de las propie
el contenido de carbono
los aceros no aleados:
Acero con un 0.86% d
cantidad equilibrada de
esta causa cristales ho
perlita, a causa de su a
micrografía metalográfica
Acero con menos de 0.8
carbono hace que su estr
sobrante. Son estructu
como ferrita perlita. Los
ferrita.
Aceros con más de 0.86
que después de la for
sobrante de carburo
estructura no equilibrad
cementita. La cementit
estruclura del acero.
10.2. Recocido: se entie
lentamen te a una determ
temperatura y el lento e
entre recocido para elimi
recocido de normalizació
En el recocido para e
tensiones aparecidas po
soldadura o por una c
viruta. Para ello se calie
continuación se enfrían m
aceros sin é:dear están co
para aceros de baja alea
los 650 y 70C"C.
10.3. Temple: el templad
calentamiento a tempe
temperatura y enfriamie
primeramente con lentit
temperatura de templ
demasiado rápido e irreg
y por lo tanto delicadas,
cubrimiento protectores,
pastas protectoras.
En el enfriamiento réip
regresión de la estructu
solamente de la compos
rapidez del enfriamiento.
10.4. Revenido: Es volv
por objeto suprimir las
piezas. Según sea la tem
la tenacidad del acero
dureza. Al recocer apar
acero los llamados color
corresponde
a
una
envejecimiento (almacen
internas formadas en
disminuya su dureza.
10.5 Tratamiento térm
aceros de herramienta
fuertemente
aleados,
composición también un
razón es necesario conoc
de proceder al tratamien
Los aceros de herramien
con 0.6 a 1.5% de carbo
a 850°C y se enfrían br
agua). En el enfriamient
la clase, así como la ma
el movimiento dentro d~1
Al sumergir la pieza en
con la masa por delante
de vapor. La pieza hay q
está templando. El reven
posible al temple y se re
con refrigeración subsigu
tenacidad, transformand
para el uso.
Los aceros de herramie
hasta 1.7% de carbono
tungsteno, níquel, mo
composición se llevan a
templan en aceite o en
estructura de rotura ater
exponen al aire, sin co
ambiente. Las temperat
Todo el tratamiento tér
alear.
Los aceros de herramien
en componentes de la a
comprendido entre un 0.
tungsteno, hasta un 11
molibdeno, cromo y va
comprendida entre 950
caliente o con un chorr
aire). Se enfría a contin
exponiendo la pieza
fuertemente aleados se
poco. El recocido se re
tratamiento de temple se
de 10 que ocurre con
aleación, no presenta
aumenta (revenido con a
Tratamiento térmico de
entre el tratamiento su
superficie) y mejorado o
El templado superficial:
de tener una superficie d
tenaz, como es el flanco
El endurecimiento super
carbono o nitrógeno en
templable y
endurecim
templable.
Al
prim
endurecimiento por cem
endurecímiento por nit
realizarse por los sistem
inmersión y temple por i
Para el temple por cem
carbono (0.10 a 0.15 % d
aleación. Para endurecer
aportarles carbono. Esto
sólidos, liquidos y gase
cedan carbono, ya sea e
cementación o por medio
El templado por nitruraci
el cual penetra nitrógen
capa marginal se forman
los conocidos como nitru
sin que sea necesario
temple,
produciendo
ampliamente a la produc
profundid8d de dureza
milímetro.
carbonitruración
e
carbura y se nitrura
procedimiento de templa
en donde la adición de c
una buena unlOn entre
material de base.
En el temple por flamead
por poco tiempo a la tem
de alumbrado o de
calor haya podido penetr
ésta mediante una d
solamente endurecer la s
bl8ndo y tenaz.
En el temple por inmerS
pieza a la temperatura
bai10 neutro de sal. El
con regularidad y con
procedimiento se emplean
por flameado.
En el temple por inducc
sino que se produce eléc
frecuencia, que recorre
calentamiento de la pi
constante inversión del m
de la capa exterior, pro
corriente alterna de alta
es tanto más pequefla
Después del calentamient
sacada del campo induct
que el calor no puede p
obtiene una capa exteri
blando y tenaz.
10.6. Tratamiento térmi
enfriamiento de la pieza
pueden producir en la
mecanización con arran
aparición
de
grietas.
(envejecimiento natural)
mecanizadas (6 a 8 mese
tiempo. Las piezas dem
horno pueden distender
horas. Para piezas peque
mediante envejecimiento
hasta 300°C.
Si la fundición de hierro
las piezas obtenidas tien
han sido coladas en m
notable mayor exactitud
desgaste, puede templa
flameado o por el proce
templar sino aquellos
laminillas de grafito es
fondo perlítica, con 0.6 a
flameado se obtienen pro
10.7.
Tralamiento térm
tratamien to térmico de
estructu ra. Con ello varí
todo la resistencia, el lím
dureza. El aluminio y las
tratamiento térmico que
recibir un recocido de
revenidas.
Mediante el recocido de é
la resistencia, aumentéln
por 10 lanto una elevada
Mediante el revenido (t
notablemente la resisten
1';;::1 dureza aumenta con e
Las aleaciones de ma
solamente ser sometidas
decaparse inmediatamen
que son poco resistentes
11. Propiedades de los m
Las propiedades particul
el diseüo de un compo
requerír más de una pro
aplicación y la carga.
ductilidad para los m
generalmente se determi
cual la muestra o bar
previamente normalizada
máquina universal de en
de sujeción cilíndricas, c
se carga progresivament
magnitud de la fuerza
cambio en longitud
registradas continuamen
en la barra es igual a la
esfuerzo es proporcional
prueba de tracción son
deformación, tal como lo
aluminlO y otros material
11.1. Resistencia última
deformación es consider
tensión,
conocida
tam
simplemente resistencia a
Punto de
Fluencía'.
_ _ _~._
Re81
~imíte
ela'stnde pro
h
Módulo de
F. =
-~~
ti,
Figura 17, Diagrama típico e
Como lo muestran las Figur
este pico. Sin embargo, es
usada para crear los diagram
de esfuerzo-deformación. E
dividiendo la carga por el ár
de la barra. Después d
decrecimiento en el diá
rebaja de cuello. Así, la c
y el esfuerzo actual, co
punto de rotura.
qe
imite de propor
Límite elás
_.
s,. -
_-T"-_
---
\Resistenc
a JS:.fluenci
Líneas p
~Alargamiento, ge
Deformación lE) Figura 18. Típico esfuerz
metales con punto de flu
11. 2. Re
tencía a la fl u
diagrama esfuerzo-deform
de la deformación hay po
conocída como la resis
indica que el material f
alarga la probeta sin elev
se haya nuevamente con
clara inf1exión. Si el p
definido, la propiedad e
que resistencía a la fluen
no ferrosos como
alum
resistencia, se observa
determinado. Para estos
alargamiento claramente
diagrama esfuerzo-deform
sin inflexión ninguna, se
alargamiento. Este es e
alargamiento permanent
inicial. Se determina me
curva en su parte inicial.
11.3.
Límite cíe propor
esfuerzo-deformación don
decir, por encima de
proporcional a la defo
proporcionalidad se apli
mecánico, los esfuerzos en
por encima ele este límite.
11.4.
Límite elástico: p
recobra su longitud primi
de aquí al seguir sub
alargamiento permanente.
límites anteriores hace qu
en pruebas de los materia
Módulo de elastici
diagrama esfuerzo-deform
proporcional a la deforma
proporcionalidad. El módu
material o su resistencia a
11.5.
11.6. Ductilidad: Indica
al aplicar una fuerza (
ductilidad del material).
deformación plástica en
como elongación o alargam
área en el punto de ruptu
Elongación:
s
L
' j'111 ) -(In
donde Lo: la longitud ini
L: la longitud fin
Reducción de árr:-a (RA) ex
Ao A
RA = - - - x lOO
Ao
donde Ao: área de la se
A : área de la sec
A mayor ductilidad, mayo
mayor habilidad para resi
la ductilidad es importan
tiene el material para ab
capacidad de un material
estirarse y conformarse).
11. 7. Dureza:
es la resis
y deformación permanen
punt8 (Figura 19). No
tampoco un ensayo univ
Existen actualmcnte vario
•
•
•
•
•
Resistencia a la indent
Energía absorbida bajo
Resistencia al rayado.
Resistencia a la abrasi
Resistencia al corte o a
Todas estas medidas son
dureza a pesar que no p
de diseño, sirve ademá
(indirectamente) , desnrro
materiales.
Dureza Brinell (He). Esta
Es un ensayo por identac
No puede determinarse
No puede utilizarse
afei tar)
No se utiliza en capas
Indentación es mayo
. El núcleo cede e inva
. Puede producir griet
Procedimiento:
Superficie de muestra
Carga se aplica con
materiales duros se
tungsteno).
Se aplica 15s para ferr
Espesor de la muestra
iden tación.
Especime~
Pru
P1ataf
P~u
Figura 19.Esquema de di
Por definición la dureza
de la indentación que
removida.
H :=
en la bola
B
Area de indentación
Este ensayo no es reco
superior a 630 Hn. Cuando la profundidad d
de retirar la carga aplica
Area indentada
n.
Este índice sirve para
resisten
última (Su) d
Su
Su
0.45 Hu
3.10 Hu
Dureza Rockwell (ASTM
también con carga estát
se utilizan menos carga
dureza es un número
relacionado con la p
indentador puede ser un
Se usa una bola de acero
60 ó 100
Y de 150 k
Un medidor simple indic
Ca
cem
Cap
Dureza Vickers: utiliza u
cual se hace una inde
determinado por la relaci
%{
A
P: carga en kg
A: área de identaG
El indentador es de dia
base
cuadrada, con á
(Figura 19). Permite
(mayores de 620 H n , v
calcula como:
1.8544P
d2
P: varía entre 1 - 125kg
d: diagonal media
a: Angulo entre caras (
11.8, Resistencia de flu
última al cortante (Sus):
propiedades de los ma
factores son reportados
pueden ser estimados co
Ssy Sy / 2 = 0.50 Sy
11.9. Relación de Poiss
que un materíal sometid
alargamiento o deform
deformación lateral, com
F
Forma
Pi na I ------Jo'
Deformación axial
L
Deformación la teral
=~o~
h
Relación de Poisson
EQ
Figura 20.Ilustración de
elemento en tensión.
11.10. Módulo de Elasticid
rigidez(G): definida como la
y
la deformación por
elasticidad (E) son índice
deformación de los materia
11.11. Maquinabilidad: r
material puede ser maq
superficie de acabado co
de
producción
son
maquinabilidad. Es difí
relativa con la maquina
usualmen te reportada e
el desempeÍlo de un dado
11.12. Resistencia al imp
repentinamente, choque
al impacto. Una medida
sujetar una muestra y
masa. La pieza absorbe
fractura y la cantidad d
la resistencia al impacto.
11.13. Resistencia a la f
(Si): materiales sometido
a condiciones de esfuer
millones de ciclos, fallan
materiales se prueban
controladas para determ
de cargas. Los resultad
fatiga y
tema de inte
11.14
Propiedades físic
La densidad: definida co
un material. En el siste
(lb / pulg 3 ). En algunas
densidad específica, es
de volumen del materi
(lb/pu1g 3) en el sistema
libras-fuerza. El peso esp
Coeficiente de expansión
del cambio en longitud
temperatura. Se define
normal (E) y el cambio e
los metales y plásticos
temperatura, pero los
diferentes
dos de tem
que contienen partes d
rangos de temperatura p
desempeño del montaje y
Conductividad térmica:
material que indica su
los elementos de máquin
un significante calor int
elementos para transfer
desempeño de las máq
velocidad de los
engr
generan calor friccional
rueda o engrane del
transferencia, el calor
efectividad causando un
Resistencia
eléctrica:
conducen electricidad m
eléctrica del material es
resistividad eléctrica es
por un dado espesor d
centímetros (O-cm). La
de la capacidad de un
eléctrica y
es a veces
generalmente reportada
de un material de referen
12. Sistema de numeració
El sistema de numeración
Ingenieros de automóviles
Hierro y el Acero (AISI), ay
particular. La SAE, fue la p
la necesidad de un método
estableció un sistema.
El sistema basado en la c
cuatro dígitos. Los dos
aleación, y los dos último
ejemplo un acero AISlo SA
0.10% de contenido de car
de tolerancia). En alguno
excede el 1 %, se usan tres
corresponde a un acero
centésimos porcentuales de
En el año 1975 la SAE pu
metales y aleación (UNS) q
el material: G, para el car
aleaciones de aluminio; e,
para los aceros inoxidables
de designación numérica p
su normalización.
La letra va seguida de u
la codificación de la com
en el acero:
GI0 Acero al carbono si
G 11 Acero
carbono con
G 13 Acero al manganeso
G23 Acero al níquel
G25 Acero al níquel
G31 Acero al níquel-crom
G33 Acero al níquel-crom
G40 Acero al molibdeno
G41 Acero al cromo-moli
G43 Acero al níquel-crom
G46 Acero
níquel-moli
G48 Acero
niquel moli
G50 Acero al cromo
G51 Acero al cromo
G52 Acero al cromo-vana
G86 Acero al cromo-níqu
G87 Acero al níquel moli
G92 Acero al manganeso-
G94 Acero al níquel
En el caso de los acero
número, generalmente d
ciento de contenido en c
material G 10450, es un
de carbono.
En la Tabla 3.1. Se d
aceros con tratamIento té
TABLA 3.1. Propied
térmicos. HR: rolado
1,~;
UNS NÚM
SA~:
ASIS
U
(S
(
¡\
Y/O
NO
G
G10100
Gl0150
1010
1015
G10l80
1018
G10200
1020
G10300
1030
G10350
G10400
1035
1040
GI0450
1045
G10S00
lOSO
HR
32
Cl)
.17
HR
.34
CD
390
I Ir<
400
en
440
HR
31'
cn
470
HR
470
eD
520
HR
50
CD
550
HR
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el)
590
1m
570
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6:1
!! ¡?
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G10600
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680
010800
1080
ffR
770
010950
10<)S
HR
8.:\0
~-=",-=~---""",=",=,~
Fuente: 1986 SAE Handbook
En el caso de las a
indica el tipo de pro
aleación y el segun
principal: AO Aleación
Los dos últimos desc
límites de pureza de a
Axl Aluminio con pur
Ax2 Aluminio aleado
Ax3 Aluminio aleado
Ax4 Aluminio aleado con s
Ax5 Aluminio aleado con m
Ax6 Aluminio aleado con m
Ax7 Aluminio aleado con z
13. Propiedades mecánica
Las propiedades mecáni
composición, forma de o
cada material. Las resis
orientativas en el proce
remitirse a las especificac
tabla 3.2 se presentan a
termoestab1es.
TABLA 33. Propiedades de
Lím
rotu
(M
5
5
5
5
14. Ensayo de ma teriales
Mediante el ensayo de
determinadas propiedade
composición química para
respecto a su pureza, resi
De todo ello pueden de
empleo de los materiales
puede determinarse si ex
escoria, cavidades, etc.)
importante del ensayo de
causa de una rotura o u
pIeza durante el funci
verificación o ensayo est
normas ISO o DIN.
Pruebas en el taller: m
verificación se posibilita
tiene y sus propiedade
comportamiento al ser
resultados numéricos e
sobre determinadas propi
Ensayo de chispa: el colo
por un acero al ser e
composición de ese ma
exactos sobre la composi
esta prueba, para evitar
todo su tratamiento térm
prueba de chispa.
Ensayo de rotura: la sup
su clase, composición
térmico. En el caso del
general, que se trata d
dureza. El grano fino ind
que se emite únicamente
poco seguro. En el caso d
es posible con buena exa
sobrecarga (rotura sana)
(grieta debida al temple
(grano muy basto).
Ensayos mecánico: la ma
sala de verificación de
solicítación progresiva o
tracción, ensayo de comp
(se determina la resisten
metálicos), ensayo de pl
facilidad de doblado de u
ensayo de flexión al cho
tenacidad del acero y d
chapas ( para juzgar si s
doblado), ensayos de fa
Ensayo químico: la inves
idea exacta sobre su com
los componentes de la ale
con personal técnico prep
Análisis
espcctrográfico
espectroscopio un arco v
Los rayos luminosos
mediante un prisma de
banda luminosa) así prod
del material. El procedi
composición porcentual
análisis químico, pero la
tiempo tan corto utili
comparativa.
Ensayo sin destrucción
determinación de defecto
etc.). Para este ensayo se
eléctricos, ondulaciones s
Los rayos Roentgen o ra
de los materiales. Según
su camino a través de
intensamente una pelícu
una pantalla una image
amplificador y un dispo
bien visible. Las cavida
hacen visibles, por la me
mayor ennegrecimiento d
de sitios claros sobre la p
Diversos elementos como
cobalto 60 o el iridio 192
estos rayos son los llama
el ensayo de materi
s
atraviesan, por ejemplo,
de espesor.
15. Corrosión y protecció
Las normas definen la c
materiales a consecuenci
electroquímicas con el m
que la corrosión no sólo
material. Este proceso es
productos químicos o bio
la composición físico-qu
inten
ad de la corrosió
medio que rodea el mater
sea más o menos húmed
rodeado el material por a
El costo an ual y los daño
son muy altos, por lo t
evitar la corrosión o al m
soportables, y más cuan
añadimos a ese costo el v
en los paros obligatorios
trabajos de reparaClOn
exorbitante de dinero ga
Pero, aunque la corrosió
puede reducirse conside
aleaciones más apropiad
deben soportar, disei1an
sobre todo con un bu
escogencia de un sistema
conocer:
El fenómeno de cor
Los agentes corrosi
Las normas básicas
la protección antico
Las pinturas, sus p
usos y aplicación.
Las normas de se
almacenamiento de
15.1. Clases de corrosión
Corrosión química: muc
desde la superficie por a
juegan un papel importa
estos procesos ejercen s
líquidos (hum
d, ácid
también los gases y
contribuyen a acelerar el
Si con la oxidación se
como pasa con el cobre
protección contra el prog
en la corrosión química
como el herrumbre y el
alguna. Un metal es tant
sea de descomposición q
la plata.
Corrosión electroquímica
un liquido conductor de
metales distintos. Ejem
humedad de la atmósfera
corroslOn electroquímica
que tienen lugar en un el
En la corrosión electroq
contacto,
la
corrosi
transcristalina y la corro
de grietas superficiales.
Corrosión de con tacto: si
intermedia, se ponen e
constituido un elemento
noble resulta destruido.
cubiertas de cine que e
haya fuerte producción d
fábricas. Los depósitos d
carbono se comporta clec
La corrosión intcrcrist
metálicos, se presenta c
corriente entre los cris
galvánico. Los cristales d
lo que se destruye la estr
La corrosión transcristal
cristales se da cuando e
de los cristales de un ma
solicitaciones alternadas
de cada cristal. Esto c
cristales afectados y es tí
Corrosión con formación
La corrosión puede condu
superficiales y si simult
mecánicas del tipo a
entalladuras con un eleva
15.2. Resistencia a la c
metálicos.
El acero sin alear es
constituido por cristales
tensiones se hallan muy
El acero aleado pres
intercrist.alinas y por est
los aceros sin alear.
El acero inoxidable está
son uniformes o están
tensiones. Como el nombr
más resistentes a la corro
simples al carbono y los
resistencia a la corrosión
porcentajes de 10.5(% o su
las películas de óxido
incrementos más altos
molibdeno y otros elemen
resisten a la corrosión en
ellos no son inmunes a
probable de a taques
s
protectora se rom pe en
cuando iones de cloro o sa
la corrosión por hendedur
concentración de oxígen
superficie del metal, em
hendeduras debajo de las
pequeñas cantidades de
permanecer estancadas) y
la acción combinada de
acción que conduce al ag
Sólo esfuerzos de ten
Prácticamente todos los
metales de alta pureza) e
en ciertos medios. Los ace
usados a temperaturas e
información acerca de su c
El hierro fundido contien
por esto más expuesto
superficie sin trabajar es
causa de la costra de fund
El cobre, especialmente
uniformes y es muy resist
recubre de una capa prote
pé1tina o cobre carbónico
ácido sulfúrico, el ácido s
la formación de esa cap
0.25(1'0 son utilizadas en l
resistencia a la corrosión a
se utilizan para mejorar la
a la corrosión.
Las aleaciones cobre-cinc,
que el cobre.
El aluminio puro, se rec
densa de óxido de alu
resistencia a la corrosión
Las aleaciones de alumin
especialmente cuando co
Las aleaciones de magn
corrosión y poco resisten
15.3. Protección anticorro
La vida y la seguridad
elementos constructivos
que se puedan evitar lo
procedimientos de prote
evitar la formación de ele
ataque de sustancias q
matcriales de construcció
PROTI!
Recubrirll1ento no
metálico
Reolbrlmlentos met
AceltadJ yengras'I10
Pintado
laeal
Recubnmíer,to de
matelial slnt~tiGo
?u
¡':smaltado
F\ecubnnuento ÜHenclón químl~a
Figura 21. Procedimiento
15.4. Recubrimientos no
metálicos impiden el con
los agentes que pudieran
Aceitado y engrasado: muc
que permanecer brillantes
de medición, superficies d
Estas piezas se protegen
o engrasado. Los aceites
de ácido; no deben ataca
que estar las piezas metál
minerales o grasa mine
también pueden proteger
aceitado o engrasado.
Pinturas: se entiende por
distribuida de materiales
quedan adheridos despué
empleados cabe distinguir
los barnices al aceite y los
Las pinturas pueden, seg
exigida, estar constituidas
distingue entre la pintu
pudiendo ser ambas de va
de fondo constituir un el
base que se trata de prot
aplicando. Esa capa de
químicamen te neutra resp
bien y constituir para las
La capa de cubrimiento t
capas que se hallan debaj
agua como sea posible, re
tiempo elástica y, en circu
buen aspecto.
De la preparación de la su
esencial1a calidad de la pi
pintura hay que eliminar
todo óxido o capas corroída
Para la preparación mecán
como medio especialment
emplea arena seca o pequ
mediante aire a presión con
A los medios químicos para
pertenecen, entre otros, e
decapado con ácidos dilu
cubrimiento o para rascad
una mejor adherencia de la
Si se qUlere que el
especialmente bueno, ha
a proteger.
Dentro de ciertos límites
fondo adhesivos para me
corrosión. Los Primer so
sintéticas y ácidos d
transformación química
la pieza) como coartadore
muy finas y sirven como
protección. anticorrosiva
capas.
Cuando se emplean pint
antióxido está constituida
minio u óxido de plomo P
Las pinturas al aceite so
trata de pinturas de barn
base con barniz. Si se de
a continuación, y para ni
emplastecido y después
después de esto se aplica
Los barnices constan
componente no volátil qu
secado, a modo de capa
volátil que mantiene en d
el barn
sobre la pie
procedimientos de aplic
pulverización, el de broch
eléctrico, el de inmersión
El procedimiento de pulv
uniforme y ocupa poco tie
pulverizar.
Se distingue entre pulveri
En el laqueado
por
el barniz finamente
pu
metálica por
medio
ventaja
este proced
uniforme aplicación de la
accesibles de la pieza.
En el laqueado por inmer
electróforo), se sumerge l
Mediante aplicación de u
aplicación económica
difícilmente accesibles.
Recubrimientos de mat
material sin tético prote
eléctricamente. La aplicac
por llama,
mediante
electros tá ticam en te.
Esmaltado: la masa de
sustancias colorantes. Se
de la pieza por pulveriz
el horno de esmaltar a tem
Recubrimiento obtenido q
Procedimiento Eloxal (el
aluminio oxidado eléctri
castellano).
En la elox
aluminio, o de una alea
(ánodo) y una placa de p
ácido sulfúrico como elec
corriente continua por e
(ánodo), en virtud del ox
que es la capa de eloxal.
de oxidación anódica.
15.5 Recubrimientos m
protección contra
la
metálicos,
es
import
electroquímico del metal
base. Si en un recubrimi
recubrimiento y existe ad
negativa respecto al meta
En
un
recubrimiento
es electroquímicamente m
positivo. Al deteriorarse
atacado el metal de base
metal de recu brímiento,
con su gran volumen que
Los principales procedim
inmerSlOn en
metal
fu
inmersión en baño fund
fuego), el metalizado galv
con pistola, el procedim
chapado.
Procedimiento de inmersi
limpian y se desengrasan
ácido. A continuación s
ejemplo estaño o cinc) que
en forma de capa delgada.
Metalizado galvánico. Las
cobreado, en una solución
se conectan al cátodo (
corriente continua. El áno
de cobre. Por la acción de
C u al electrodo negativo (c
El grupo ácido 804 va si
ocasiona la disolución de
De modo anúlogo se puede
recubrimientos de níquel,
Corno ánodo se emplea sie
corno electrólito la disoluci
Pulverizado de metal. El
alambre se aporta a una p
licua mediante una llama
emplear los metales de re
ejemplo cinc, aluminio, ac
Procedimiento de difusi
procedimiento se basa en
gases o metales provocad
calor a las moléculas (dif
una sustancia en la otra).
En el cromado se enriquec
exterior de piezas de acer
piezas en cámaras cerrada
1000°C sales de cromo
penetra el CrOlTlO en la s
excclente protección antic
una zona parecida en su es
en esta capa el contenido
Los m{¡s adecuados para
bajo contenido de C y los a
15.6 Atmósfera gaseosa
gaseosa
protectora se
corrosión en el transpor
intermedia durante la fa
Los papeles van impregnad
desprenden continuament
envolvente gaseosa protect
La eficacia de estos pap
todo para protección d
metales no férreos tales
El empleo de una atmó
frecuente para
fabr
evitar su oxidación. Est
Planeamientu de una
tiene ya una consid
anticorrosiva.
Él pued
mediante construcció
anticorrosiva, mediante
corrosión y mediante u
anticorrosiva.
Así, po
solo de las cavidades
electrólito que pudier
También carecería de s
resistente a la corrosió
lado la protección
técnicamente desfavora
PROBLEMAS
1. Si un material tiene
psi, cual es su dure
2. Compare la dureza R
3. Defina la resistencia
4. Defina punto de flue
5. Defina la resistencia
6. Qué tipo de materia
7. ¿,Cuál es la diferenc
límite elástico'?
8. Defina la ley de Hoo
9. Que propiedad de u
lO.Qué propiedad
ductilidad?
de
l1.Defina relación de Pois
12.Si un material tiene a
114 GPa y una relaci
módulo de elasticidad a
13.Un material tiene una
dureza aproximada en
14.Pruebas de laboratorio
de 450.
Cual es ap
tensión?
15.Describa dos pruebas
impacto.
16.Cuáles son los principa
17.Cuales son los princip
AISI4340
1B.Nombre cuatro materia
19.¿ Qué tipos de aceros in
20.Cual es el principal e
inoxidable resistencia a
21.Describa tres tipos de f
22.Describa tres tipos de u
23.Cual es el principal con
24.Nombre dos usos del
agrícola.
25.Describa
las
difere
endurecimiento por cal
26.Sugiera un material plá
usos: Engranajes Cojinetes Tubos Ruedas Ejes 27.Nombre ocho factores
control cuando específi
28.Defina el término comp
29.Nombre cuatro
compuestos.
reSll1
30.Nombre cuatro tipos
materiales compuestos.