tema 2: propiedades de los materiales. ensayos de

Departamento de Tecnología.
IES Nuestra Señora de la Almudena
Mª Jesús Saiz
TEMA 2: PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. ENSAYOS DE
MEDIDA
Propiedades de los materiales
Propiedades mecánicas
 Plasticidad es la propiedad mecánica de un material de deformarse
permanentemente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a
tensiones por encima de su límite elástico.
 Elasticidad es la propiedad de un material que le hace recuperar su tamaño
y forma original después de ser comprimido o estirado por una fuerza
externa, al cesar dicha fuerza.
 Ductilidad es la capacidad de un metal para deformarse ante una fuerza de
tracción y ser estirado y convertido en alambre o hilo.,
 Maleabilidad es la capacidad del metal para deformarse y cambiar de forma
cuando se martilla o lamina, para formas hojas delgadas
 Dureza es la oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar por
otro.
 Resiliencia es la resistencia que opone un cuerpo a los choques o esfuerzos
bruscos, sin deformarse ni romperse.
 Resistencia a la rotura es la oposición que opone un material a romperse
ante la acción continuada de diferentes esfuerzos (tracción, compresión,
flexión, torsión y cizalladura)
 Tenacidad es la propiedad que tienen ciertos materiales de absorber y
soportar, sin romperse, los esfuerzos bruscos que se les apliquen.
 Fragilidad es la facilidad de los materiales a romperse cuando una fuerza
impacta sobre ellos.
 Fatiga consiste en el desgaste y posterior ruptura de un objeto que , soporta
cargas repetitivas, aun cuando estas cargas están por debajo de su tensión
de rotura
 Maquinabilidad es la facilidad que ofrecen los materiales a ser
mecanizados.
 Acritud es la propiedad que adquiere un metal que tras someterlo a
deformaciones en frío, aumenta de dureza, fragilidad y resistencia a la
tracción.
Propiedades térmicas
 Conductor: es la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la
conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de
transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas
adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto.
 Aislante; material que ofrecen una resistencia alta a la transferencia de calor
Propiedades eléctricas
 Conductor: material que dejan traspasar a través de ellos la electricidad.
 Aislantes: son los que no permiten el paso de la corriente eléctrica, ejemplo:
madera, plástico, etc.
Ensayos de medida
Ensayos de tracción: consiste en someter a una probeta normalizada a un
esfuerzo de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Se
cuantifica la tensión aplicada y la deformación producida.
Conceptos básicos

Tensión: es la fuerza capaz de soportar un cuerpo por unidad de superficie
(N/m2 ó kp/ cm2 ó kp/ mm2)
1
(1 Kp = 9,8 N)
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 Deformación: es el a alargamiento de una varilla debido a la
aplicación de una fuerza
F
∆L
σ (Tensión)
σR (TDD(TENS
σSIÓN)
σE
σP
Diagrama de tracción
L0
Lf
Con una máquina de tracción (mecánica o
hidráulica) se somete a una muestra o probeta
a una tensión de tracción creciente hasta
romperla. La máquina cuantifica la tensión
aplicada y la deformación producida.
Al analizar los datos se diferencian diferentes
zonas:
Zona
elástica
ε (Deformación)
(TDD(TENS
IÓN)
Zona plástica
Zona elástica OE: cuando los esfuerzos
cesan, el material recupera su estado
inicial.
-
Zona proporcional OP: las deformaciones son proporcionales a
los esfuerzos que los producen. En esta zona se cumple la ley de
HooKe y podemos calcular el módulo de elasticidad o módulo
de Young:
(N/m2 ó kp/ cm2 ó kp/ mm2)
-
Zona no proporcional PE: las deformaciones no son
permanentes, pero no hay relación entre los esfuerzos y las
deformaciones
Zona plástica ES: cuando cesa la fuerza, la deformación permanece.
-
Zona límite de rotura ER: el material sufre grandes
deformaciones hasta llegar a la rotura R; en ese punto el material
se considera roto aunque no se haya producido la fractura visual.
-
Zona de rotura RS: el material sigue alargándose hasta llegar a
la rotura física
Diagrama del acero
σ
En el acero (y en otros
materiales) existe una zona
llamada de fluencia, donde
se da un alargamiento muy
rápido
sin que varíe la
tensión
aplicada.
Este
fenómeno
se
da
justo
después del límite elástico
R
S
E
F
P
Zona
elástica
2
Zona
elástico-plástica
Zona plástica
ε
F
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Tensión máxima de trabajo: la normativa establece un límite de carga al que
debemos someter una pieza, para que el material trabaje en condiciones de
seguridad. Por eso debe cumplirse:
-
El material no debe sufrir deformaciones plásticas
-
El material debe trabajar en la zona elástica de proporcionalidad,
cumpliendo la ley de Hooke
-
Se debe contar con un margen de seguridad, por posible
aparición de fuerzas imprevistas.
La tensión máxima de trabajo se calcula en función de la tensión de rotura o de la
tensión de fluencia:
t
t
n=coeficiente de seguridad (suele estar entre 1,5 y 6)
Ensayos de dureza.

Ensayo Brinell (HB): presiona el material a medir
con una bola de acero templado de diámetro D, con
una fuerza F (Kp) y durante un tiempo determinado.
Se utiliza para medir la dureza de materiales de
poca dureza o dureza intermedia y de espesores no
muy pequeños
f
.Se calcula la dureza en función del diámetro de la
huella d Y aplicando la siguiente fórmula:.
HB = dureza Brinell (Kp/mm2)
F = fuerza aplicada (Kp)
S = superficie del casquete de la huella (mm) = π D f
D = diámetro de la bola (mm)
d = diámetro de la huella (mm)
f= profundidad de la huella (mm)
La normativa establece que las cargas F deben cumplir F = K D2, siendo
K una constante de proporcionalidad

Ensayo Vickers (HV): presiona el material con una
pirámide de diamante de base cuadrada cuyas caras
forman un ángulo de 136º.
Se utiliza para materriales muy duros y piezas muy
delgadas
Calcula la dureza en función de la diagonal d de la
huella.
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HV = dureza Vickers (Kp/mm2)
F = fuerza aplicada (Kp)
S = superficie lateral de la huella (mm) = 4 b.h /2
d = diágonal de la huella (mm)
PARTE QUE PENETRA
136º
F
l
l
d
h
Ensayos de resiliencia: se utiliza la máquina Péndulo de Charpy, que mide la
energía absorbida tras la ruptura de un material por un solo golpe.
Consiste en romper una probeta del
material a ensayar golpeándola con un
péndulo o martillo. Para facilitar el inicio de
la fisura, se realiza una hendidura o
entalladura en la probeta.
El péndulo, de masa m, se encuentra a una
altura inicial hi, por lo que tiene una
determinada energía potencial antes de
iniciar el ensayo Epi.
Cuando se inicia el ensayo, se libera el
péndulo que, tras golpear la probeta y
romperla, continua con su giro, alcanzando
una altura final hf, por lo que tendrá una
nueva energía potencial Epf.
La energía que ha absorbido la probeta
durante su rotura será la diferencia de
energías potenciales inicial y final.
( h i - hf )
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Ejercicios:

PAU Septiembre 2011/2012
A la vista de la siguiente gráfica tensión-deformación obtenida en un ensayo de
tracción:
a) Explique qué representan los puntos R y P.
b) Determine el Módulo de Elasticidad de Young.
c) Calcule el valor de la tensión máxima de trabajo si el coeficiente de seguridad
es de 2, aplicado sobre el límite de elasticidad proporcional.
d) Determine la carga máxima de trabajo si la sección de la probeta es de 140
mm2

PAU Septiembre 2009/2010
Una probeta de sección circular de 2 cm de diámetro y 10 cm de longitud se
deforma elásticamente a tracción hasta que se alcanza una fuerza de 10.000 N, con
un alargamiento en ese momento de 0,1 mm. Si se aumenta la fuerza en la probeta
empiezan las deformaciones plásticas hasta alcanzar una fuerza de 15.000 N. Se
pide:
a) Tensión de rotura.
b) Tensión límite elástica.
c) Módulo de elasticidad.
d) Dibuje el diagrama tensión-deformación (s-e) del comportamiento elástico del
material.

PAU Septiembre 2009/2010
a) Dado el diagrama característico de tracción del acero de la figura indique las
zonas o puntos característicos.
b) Enuncie la ley de comportamiento elástico y diga en qué parte del diagrama es
válida dicha ley
c) Indique qué es la fluencia y en qué parte del diagrama se produce.
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
IES Nuestra Señora de la Almudena
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PAU Junio 2009/2010
Defina brevemente las siguientes propiedades que presentan los compuestos
metálicos:
a) Elasticidad
b) Tenacidad
c) Maleabilidad
d) Dureza

PAU Junio 2009/2010
a) Se dispone de una varilla metálica de 1 m de longitud y una sección de 17,14
mm2 a la que se somete a una carga de 200 N experimentando un
alargamiento de 3 mm ¿Cuánto valdrá el módulo de elasticidad del material
de la varilla?
b) ¿Con qué fuerza habrá que traccionar un alambre de latón de 0,8 mm de
diámetro y 1,1 m de longitud para que se alargue hasta alcanzar 1,102 m,
siendo E = 90.000 N/mm2?

PAU Junio 2008/2009
Si a una pieza con una constante de proporcionalidad k = 20 kp/mm2 se le somete a
un ensayo de dureza Brinell, con un diámetro de la bola de 8 mm, se produce una
huella con un diámetro de 3 mm. Calcule:
a) La carga aplicada
b) El área del casquete esférico que se produce.
c) El grado de dureza Brinell.

PAU Septiembre 2007/2008
a) Describa los ensayos más adecuados para determinar la dureza de un
material
b) Una pieza es sometida a un ensayo de dureza por el método Vickers.
Sabiendo que la carga empleada es de 200 N y que se obtiene una huella
cuya diagonal es igual a 0,260 mm, calcule la dureza Vickers de la pieza.
Datos: 1 kp = 9,8 N

PAU Septiembre 2007/2008
Se somete una probeta de sección cuadrada de 3 cm de lado y 25 cm de longitud a
un ensayo de tracción de 10.000 N, alcanzándose un alargamiento de 4,6·10-3 cm.
La tensión de rotura del material es de 11.500 N/cm2. Si el material muestra un
comportamiento elástico, determine:
a) La tensión y la deformación unitaria en el momento de aplicar la fuerza
b) El módulo de elasticidad del material
c) La fuerza que debe aplicarse para que la deformación unitaria sea de 1·10-4
d) El coeficiente de seguridad para la carga aplicada

PAU Septiembre 2003/2004
Tras someter a una pieza a ensayo Vickers con una carga de 20 Kp se obtiene una
huella en la que cada uno de los triángulos que la componen tienen una altura h =
o,2 mm y una base b= 0,37 mm.
a) Indique la forma de la huella
b) Calcule la superficie lateral de la huella
c) Determine la dureza Vickers de la pieza
d) ¿Qué ventajas representa este ensayo respecto al Brinell?

PAU Junio 2003/2004
a) Defina la resiliencia e indique y explique como se realiza un ensayo característico
paa medirla
b) Describa en qué consiste el fenómeno de la fatiga de un material
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