Seleccion De Materiales II A

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]: tensión
máxima enviga 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
una fisura de long2c y registrando tensiones:

Y: factor geométrico.

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

K c = Yσ c πc
K c2
Gc =
E (1 +ν )

• 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 un líquido muyviscoso.
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: deformación volumétrica porgrado,
anisitrópicos requieren varios coeficientes

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 tensión
constante; lento, dependiente deltiempo ocurre
cuando los materiales son cargados a 1/3Tm o
n
2/3Tg) .
σ 
 Q
n: exponente de creep,
ε& = A  exp −

σ
RT


 0
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
involucran interacciones entre dos materiales, almenos (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 débiles; la densidad de enlaces...