2004-1 Control 1

IWC-203 MATERIALES de INGENIERIA Control 1 30 de Marzo de 2004 Sección I (50 puntos) Marque la alternativa que le parezca más apropiada y justifique brevemente V Verdadera bajo toda circunstancia F Falsa bajo toda circunstancia I Incierta, su validez depende de condiciones no especificadas en la pregunta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

El esfuerzo de ruptura en un ensayo de tracción permite determinar las condiciones en que se produce la fractura de un material, para así prevenirla tanto en el diseño como en la operación. Un clip hecho de un material plástico, bajo el mismo diseño que uno metálico tradicional, no ofrece un buen resultado (no aprieta los papeles) debido a la baja resistencia del material. Debido al elevador (concentrador) de esfuerzos presente, un eje con una muesca (entalla) presenta una vida a la fatiga mayor que uno liso, hecho del mismo material, sin entalla. El esfuerzo de fluencia de un acero determinado se reduce en función de la temperatura, en tanto su endurecimiento por deformación aumenta, para ensayos de tracción realizados entre 20 y 400º C. El producto del esfuerzo máximo y el alargamiento total en tracción proporciona una buena primera aproximación para la tenacidad del material. La tenacidad a la fractura de un material determinado depende de la longitud y orientación de las grietas que contiene. La energía Charpy de un acero a una temperatura 50° C mayor que su TTDF, permite calcular el esfuerzo que podrá tolerar un componente agrietado fabricado con ese acero. La resistencia, la rigidez, y la ductilidad de los materiales metálicos son fuertemente afectadas por la deformación plástica en frío. Para un componente agrietado sometido a esfuerzo cíclico, una disminución de la amplitud del esfuerzo aplicado (∆σ) produce una aceleración en el crecimiento de grieta en función del número de ciclos. La vida a la ruptura de un material metálico sometido a creep aumenta al aumentar la temperatura de servicio, a igual nivel de esfuerzo aplicado.

Sección II (50 puntos)

Desarrolle respuestas completas de acuerdo a lo preguntado.

1. Un eje (cilíndrico) de 500 mm de longitud ha sido mecanizado para tener dos partes de igual longitud, A y B, pero de secciones circulares 10 mm de diámetro (A) y 12 mm de diámetro (B). Ignorando el efecto del cambio de sección como concentrador de esfuerzos, y asumiendo una unión perfecta, calcule para el eje sometido a un ensayo de tracción lo siguiente (justificando): a) El esfuerzo en la mitad más robusta cuando la más delgada alcanza el nivel de fluencia b) El alargamiento en cada parte, para la condición planteada en a) c) El esfuerzo en la mitad más delgada cuando ahora la más robusta alcanza el nivel de fluencia d) La longitud de cada parte, para la condición planteada en c) 2. Un componente sometido a creep, a T = 727° C, se rompe a las 1000 horas bajo un esfuerzo de 200 MPa, y se rompe a las 30.000 horas bajo un esfuerzo de 100 MPa, a la misma temperatura de servicio. Con estos antecedentes, calcule el tiempo a la ruptura bajo un esfuerzo de 150 MPa, si la temperatura aumenta sólo en 10° C respecto del valor original. Justifique los cálculos y simplificaciones efectuados. Considere C = 20.

IWC-203 MATERIALES DE INGENIERIA

Nombre..................................

HOJA DE RESPUESTAS

Rol USM................................

V 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F

I

Justificación

Datos Prob. 1

σ, MPa

E, GPa

200.000

ν

0,30

σys, MPa

200

UTS, MPa

400

400

200

ε, %

0 0

10

20