Materiales

Selección de materiales II
Índice de performance

Propiedades de los materiales
• El diseñador no busca un material, sino un perfil de propiedades (una combinación específica), por eso “piensa al material” como un conjunto de atributos: sus propiedades. • Breve descripción de las propiedades: Densidad [Mg/m3]: masa por unidad de volumen, se mide pesando en un fluido de densidad conocida(aire, agua)

Propiedades de los materiales
• Módulo elastico [GPa, GN/m2]: pendiente de la parte elástica (lineal) de la curva de tensión3G deformación.
E = 1 + G /( 3 K ) E: módulo de Young: (tracción o compresión) E G = 1 + 2ν G: módulo transversal E (tensión de corte) K = 3 (1 − 2 ν ) K: módulo volumétrico (presión hidrostática) ν ≈ 1/ 3 Para materiales isotrópicos: G ≈ 3E / 8 • Se midendinámicamente K≈E (excitando las frecuencias naturales).

σf [GPa, GN/m2]: σy(0.2) (metales), σy (+-1%, polímeros), σf (rotura, cerámicas), σy (+-0.2%, compuestos).
Depende del modo de carga, (bajo cargas multiaxiales se relaciona σf con el estado tensional via la expresión de la tensión equivalente correspondiente).

Propiedades de los materiales
• • • • Módulo de rotura [MPa, MN/m2]: tensiónmáxima en viga en flexión en la rotura (mayor que el σuts en tracción). Tensión última σuts [MPa, MN/m2]: mayor que σf (entre 1.1y 3 veces) Dureza H [MPa]: se mide por la presión de un indentador sobre el material. H ≈ 3σf Tenacidad Gc [kJ/m2] y tenacidad a la fractura Kc [Pa*m1/2 , MN/m3/2]: miden la resistencia del material a la propagación de la fisura. Gc se mide cargando una probeta con unafisura de long 2c y registrando tensiones:
K c = Yσ c πc K c2 Gc = E (1 +ν )

Y: factor geométrico.

Valores bien definidos para materiales frágiles requiere correcciones por plasticidad para materiales dúctiles.

• Coeficiente de pérdida η [adim.]: ∆U η= mide el grado al cual el material 2πu 1σ disipa energía vibratoria (régimen U=∫ σdε = 2 E elástico). ∆U = ∫ σdε
σ max 0

2Propiedades de los materiales
• Conductividad térmica λ [W/mK]: tasa al la cual el calor es conducido en un sólido en estado estacionario, difusividad térmica a [m2/s] para flujo transitorio. Temperatura de fusión Tm [K]: (sólidos cristalinos) caracteriza la transición de sólido a líquido; temperatura de transición vítrea Tg [K]: (no cristalinos) caracteriza la transición entre un sólido verdadero a unlíquido muy viscoso. Temperatura máxima de servicio Tmax [K]: temperatura máxima a la cual el material puede usarse sin oxidación, cambios químicos y creep excesivo. Temperatura de ablandado Ts [K]:temperatura a la cual el material fluye adecuadamente para procesos de extruído y conformado. Coeficiente de expansión térmica α [1/K]: deformación térmica por grado. Materiales isotrópicos: deformaciónvolumétrica por grado, anisitrópicos requieren varios coeficientes

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Propiedades de los materiales
v Para diseño a altas temperaturas: • Resistencia al shock térmico T shock [K]: diferencia de temperatura máxima a la que puede ser calentado rápidamente el material sin sufrir daño. Resistemcia al creep Tcreep [K]: 1/3Tm o 2/3Tg. • Otros datos sobre creep (deformación a tensiónconstante; lento, dependiente del tiempo ocurre cuando los materiales son cargados a 1/3Tm o n 2/3Tg) . σ   Q n: exponente de creep, & ε = A  exp −  σ0   RT   Q: energía de activación A: factor cinético σ0: tensión de referencia v Desgaste, oxidación y corrosión son difíciles de cuantificar, los dos problemas principales son: son fenómenos de superficie (no de volumen) y involucraninteracciones entre dos materiales, al menos (combinación adecuada de propiedades).

Cartas de materiales
• Módulo : mide rigidez- compliancia; depende de rigidez de los enlaces atómicos y de su densidad por unidad de área. Límite inferior en sólidos 1GPa. Los elasómeros y espumas tienen módulo menor Las uniones covalentes son muy rígidas las metálicas y las iónicas menos las de van der Waals muy...