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7/25/2019 Lab Traccin
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LABORATORIO DE TRACCIN
FREDDY ANTONIO PEA GONZALEZFABIAN ACOSTA VEGA
JUAN DAVID ARGELLO
DocenteING. LUIS ANTONIO
Lao!ato!"o #e $ate!"a%e&
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE FISICO'(EC)NICAS
INGENIER*A (EC)NICABUCARA(ANGA
+, #e A-o&to #e +/,
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OBJETIVO GENERAL.
Analizar el comportamiento del acero y la fundicin al ser sometidos a esfuerzos de tensinaxial.
OBJETIVOS ESPECIFICOS.
Reconocer y determinar de manera prctica las distintas propiedades mecnicas delas probetas de acero y fundicin sometidas a esfuerzos de tensin axial.
Reconocer y diferenciar los estados zona elstica y zona plstica de los metales.
Construir e interpretar la grfica Esfuerzo Vs Deformacin.
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/0 (ARCO TERICO
El acero es una aleacin ferrosa compuesta principalmente por hierro y carbono estos seproducen de dos maneras! refinando mineral de hierro o reciclando chatarra de acero. "a
clasificacin de los aceros se hace en base al diagrama hierro carbono #Diagrama 01$% elcual clasifica los aceros y las fundiciones de hierro mediante su contenido de carbono ytambi&n ayuda a comprender el comportamiento de estos frente a los tratamientost&rmicos.
Diagrama 01. Muestra el diagrama hierro-carbono."os aceros se pueden clasificar en dos grupos! Aceros ingenieriles y estructurales y lasfundiciones de hierro.
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Ace!o& "n-en"e!"%e& 1 e&t!2ct2!a%e&3
De las sociedades encargadas de la clasificacin de los aceros ingenieriles% se destacan! elAISI#American 'ron and (teel 'nstitute$ y el SAE#(ociety of Automoti)e Engineers$ los
cuales utilizan un n*mero de cuatro o cinco d+gitos para ,describir- el tipo de acero. ,"osdos primeros n*meros se refieren a los principales elementos de aleacin presentes y los*ltimos dos o tres se refieren al porcentae de carbono-. "a sociedad encargada de laclasificacin de los aceros estructurales es laAST(#American (ection of the 'nternationalAssociation for /esting 0aterials$ y los clasifican mediante un ,grado-% una ,clase- o un,tipo- los cuales definen tanto el contenido de carbono del acero como sus propiedades.
"os aceros ingenieriles pueden ser de dos clases principales! de baa aleacin y de altaaleacin. "os aceros al carbono de baa aleacin son aleaciones 1ue tienen un porcentae enpeso desde un 2.223 a un 4.56.
"os aceros de alta aleacin! son a1uellos en los 1ue el total de elementos de aleacin%distintos del carbono% superan el 7 por ciento en peso. Dichos elementos encarecen el acero%y slo se ustifica por la meora sustancial de ciertas propiedades. 8n eemplo de aceros dealta aleacin son los aceros inoxidables% los cuales tienen un alto porcentae de cromometal 1ue hace al acero resistente a la corrosin. 9tro eemplo son los aceros deherramientas% a los cuales se les agregan elementos aleantes con el fin de obtener la durezare1uerida para aplicaciones de mecanizado.
"os aceros de herramientas: ,presentan resistencia y dureza mximas% y se emplean paracortar% mecanizar o dar forma a otro material-. :oy en d+a se adicionan elementos aleantespara meorar las propiedades de este tipo de acero tanto as+ 1ue las propiedades son las1ue definen el porcentae en peso de cada uno de estos elemento.;or eemplo! si se re1uiereun l+mite elstico ele)ado% la estructura ptima se consigue con re)enidos baos y altocontenido de carbono si se busca meorar la tenacidad% se incrementa la cantidad de silicio%o si se busca meorar la resistencia en caliente se ae?C?(i% en las cuales el contenido de carbono es superior alcarbono de saturacin de la austenita% lo cual permite 1ue se forme grafito en lugar decementita durante la solidificacin. Estas fundiciones son ideales para crear piezas conformas compleas% puesto 1ue sus temperaturas de fusin y su )iscosidad #en fase l+1uida$son lo ,relati)amente baas- por1ue no forman capas superficiales indeseadas durante la
colada% lo cual permite 1ue sean excelentes materiales para moldeo. Existen distintos tiposde fundiciones! fundiciones blancas% fundiciones grises y fundiciones d*ctiles% entre otros.
Las fundiciones blancas: obedecen al diagrama >e?C meta?estable. Estas fundicionestienen este nombre debido a la superficie de rotura caracter+stica! blanca y brillante. Estasfundiciones son duras% resistentes al desgaste y muy frgiles.
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Las fundiciones grises: presentan una superficie de rotura gris% consecuencia de lapresencias de grafito. ,'ncorporan contenidos en carbono entre el 5.7 y el @ por ciento enpeso% 8n contenido significati)o de silicio #5 a 3 por ciento$ lo 1ue fa)orece la precipitacindel grafito. "a precipitacin en forma de placas afiladas y puntiagudas de grafito contribuye
a tener fragilidad% por lo 1ue son preferibles las formas nodulares-.
La fundicin dctil (o nodular): obtiene su nombre por la meora de las propiedadesmecnicas de la fundicin gris #producto de la adicin una pe1ue
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a8 L9$"te #e :!o:o!c"ona%"#a#3(e obser)a 1ue )a desde el origen 9 hasta el punto llamado l+mite de proporcionalidad% esun segmento de recta rectil+neo% de donde se deduce la tan conocida relacin deproporcionalidad entre la tensin y la deformacin enunciada en el a
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+0En&a1o #e t!acc"7n3
El ensayo de traccin #tensin$ es a1uella prueba de estudio 1ue consiste en someter unaprobeta #del material de estudio$ a esfuerzos normales% con el fin de analizar los )alores de
los distintos tipos de esfuerzos como los mostrados en el Diagrama 25. (i el material esd*ctil% su comportamiento con respecto a las cargas a las 1ue es sometido en este ensayotendr este comportamiento. El esfuerzo #al 1ue es sometido la probeta$ se define de lasiguiente forma.
=P
A0
(Ecuacin01)
9tro aspecto importante 1ue se estudia en este ensayo es la deformacin unitaria. Dichadeformacin se define como ,la deformacin por unidad de longitud- de la probeta deestudio. 0atemticamente se define de la siguiente forma.
=
L(Ecuacin 02)
Dnde! es la deformacin unitaria% es la deformacin total de la probeta y " es la
longitud inicial de la )arilla #antes de ser deformada$.8na representacin f+sica del fenmeno expresado en la Ecuacin 25. Es el siguiente.
Imagen 01.Muestra el fenmeno fsico ue se !roduce cuando se somete una "arilla a esfuer#osnormales.
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A continuacin se definirn los conceptos mostrados en el diagrama esfuerzo?deformacin#Diagrama 25$.
Comportamiento Elstico!
,9curre cuando las deformaciones unitarias en el modelo estn dentro de la reginligeramente sombreada 1ue se muestra en la figura- #Diagrama 25$. "a ,cur)a- propia deesta regin es en realidad una l+nea recta. El l+mite superior del esfuerzo en esta relacin se
conoce como lmite de !ro!orcionalidad pl (i el esfuerzo excede un poco este l+mite% es
posible 1ue el material a*n pueda responder elsticamente. El lmite el$sticoes el puntoespec+fico 1ue di)ide la regin elstica de la zona de comportamiento plstico.
>luencia!
"a fluencia es a1uel comportamiento 1ue ad1uieren los materiales cuando superan el l+mite
elstico el cual pro)ocar colapso del material y causar 1ue se deforme de manerapermanente. El esfuerzo 1ue origina la fluencia es conocido como el esfuer#o de fluencia%
Y y la deformacin 1ue ocurre tiene el nombre de deformacin !l$stica.
Endurecimiento por deformacin!
,Cuando la fluencia ha terminado% puede aplicarse ms carga a la probeta% resultando unacur)a 1ue se ele)a continuamente pero se )a aplanando hasta llegar a un esfuerzo mximo%
llamado esfuer#o ltimo% U -. Dicha cur)a se conoce como endurecimiento !or
deformacin.
>ormacin del cuello o estriccin!
Despu&s de llegar al esfuerzo *ltimo% el rea de la seccin trans)ersal comienza a disminuiren una zona espec+fica de la probeta en lugar de hacerlo en toda su longitud este fenmenose produce por1ue los ,planos de deslizamiento 1ue se forman dentro del material y lasdeformaciones producidas son causadas por esfuerzos cortantes-% desarrollndose as+ el,cuello- o estriccin. Dicho ,cuello- se reduce hasta 1ue la probeta finalmente termina
rompi&ndose punto donde el esfuerzo se conoce como esfuer#o de fractura% f
Le1 #e 4oo=e3
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"a ley de :ooe establece la relacin lineal existente entre el mdulo de &oung FEG y ladeformacin unitaria de forma 1ue ,un aumento en el esfuerzo causa un aumentoproporcional en la deformacin unitaria-. "o anterior se puede apreciar en la siguienteecuacin.
=E(Ecuacin03)
La 'cuacin 0. lo es "$lida si el material se encuentra en la regin el$stica.
Endurecimiento por deformacin!
"a deformacin plstica permanente es a1uella 1ue se produce cuando el material essometido a esfuerzos superiores al del l+mite elstico. Cuando un material se carga porencima de su punto de fluencia y luego se descarga% &ste se alargar un poco ms de sulongitud original pero tendr un comportamiento de descarga similar al de la reginelstica debido a las fuerzas interatmicas presentes en el material% como se muestra en elsiguiente diagrama.
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D"a-!a$a >. 0uestra el proceso de descarga del material cuando se encuentra en la reginplstica.
Como se obser)a en el Diagrama 23% la pendiente de la l+nea 9A es la misma 1ue lapendiente 9HAH es debido a este comportamiento 1ue el mdulo de elasticidad del material
#E$ es el mismo.
(i se aplica de nue)o carga% el material tendr un comportamiento elstico hasta 1ue )enzael punto de fluencia #esfuerzo AH$. "a diferencia del caso anterior es 1ue% ahora% el esfuerzode fluencia ocurrir a un esfuerzo mucho ms ele)ado debido al endurecimiento pordeformacin. ,En otras palabras% el material tiene ahora una regin elstica mayor% sinembargo% tiene menos ductilidad% esto es% una menor regin plstica% 1ue cuando estaba ensu estado original-.
Cabe resaltar 1ue el material perder energ+a cuando este sea cargado% y posteriormentedescargado% en el esfuerzo AH. Dicha p&rdida de energ+a causarn ligeras cur)as de 9H a AH.
El rea existente entre dichas cur)as se conoce como hist*resis mec$nicay representa laenerg+a perdida.
Diagrama 04. Muestra el fenmeno de la hist*resis mec$nica.
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Energ+a por deformacin!
"a energ+a por deformacin unitaria es la energ+a almacenada por un material cuando esdeformado por una carga externa. "a densidad de energ+a de deformacin unitaria es laenerg+a de deformacin unitaria por unidad de )olumen del material y se expresa de lasiguiente forma.
u= U
V=
1
2(Ecuacin 04)
(i el material es el$stico lineal% entonces se puede aplicar la ley de :ooe y porconsiguiente la Ecuacin 2@. (e ,con)ierte- en lo siguiente.
u= 2
2E(Ecuacin05)
0dulo de resiliencia!
Es la energ+a de deformacin unitaria cuando el esfuerzo alcanza el l+mite deproporcionalidad.
ur=1
2pl pl=
1
2
pl2
E (Ecuacin06)
Irficamente% el mdulo de resiliencia es el rea triangular mostrada en el siguientediagrama.
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Diagrama 05. Muestra el mdulo de resiliencia en un diagrama esfuer#o-deformacin.
0dulo de tenacidad!
El mdulo de tenacidad # ut $ representa el rea total dentro del diagrama esfuerzo?
deformacin% como se muestra en el siguiente diagrama.
Diagrama 06. Muestra el mdulo de tenacidad en un diagrama esfuer#o deformacin.
Esta propiedad indica la densidad de energ+a de deformacin unitaria del material ustoantes de la fractura final lo cual resulta *til cuando se dise
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ACEROTABLA /. DATOS E?PERI(ENTALES.
GR)FICA /. ESFUERZO V& DEFOR(ACIN UNITARIA@ PARA EL ACERO.
AN)LISIS DE DATOS
/. C%a&e #e $ate!"a%3
SY=PY
A0=
6900
(4 (1,62))=3389,28 [Kgf/cm2 ] SY=48105,81 [PSI]
+,L, 0. /M, ,+M 2,, ,3' '+43+4,L'.
El material es un Acero A(/0 A @J
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+. S lp E&52e!6o #e% %9$"te #e :!o:o!c"ona%"#a#83
Slp=2486,796 [Kgf/cm2 ]=35296,39 [PSI]
>. SY E&52e!6o #e 5%2enc"a8
SY=PY
A0=
6900
(4 (1,62))=3389,28 [Kgf/cm2 ] SY=48105,81 [PSI]
,. SU E&52e!6o %t"$o8-
SU=Pmx
A0=
9700
(4 (1,6 )2)=4764,64 [Kgf/cm2 ]=67627,01[PSI]
. Smx E&52e!6o (;
-
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SA=PU
A0=
7500
( 4 (1,6 )2)
=3684 [Kgf/cm2 ]=52288,93[PSI]
. (o#2%o e%;&t"co
E= E"fu#r$%
&2
E
-
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G!;5"ca .+ (7#2%o #e !e&"%"enc"a
U= 0,02037433
0,18839968
(215799'1677,1 ) (x
U=16,4407Kgf )cm
cm3
//. (7#2%o en#2!ec"$"ento
G!;5"ca .>./ (7#2%o #e en#2!ec"$"ento
-
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17/27
G!;5"ca .>.+ (7#2%o #e en#2!ec"$"ento
U#= 0,02037433
0,04728857
(866,45'+2577,2)(x+ 0,044728857
0,18839968
(83777'2+29047'+1608,8)(x
U#=596,408Kgf )cm
cm3
/+.(7#2%o #e 5!a-"%"#a#
-
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G!;5"ca ., (7#2%o #e 5!a-"%"#a#
Uf= 0,18839968
0,3144187
(37481'2+8444,5'4014,8)(x
Uf=468,687Kgf )cm
cm3
/>.(7#2%o #e tenac"#a#
U*=U+U#+Uf
U*=16,4407+596,408+468,687=1081,54Kgf )cm
cm3
/,. E&t!"cc"7n HRA8
HRAAfA
0
A0100=|0.69392.01062.0106 |100=65.48
/.E%on-ac"7n
H E%on-ac"7n LfL%
L0100=
133.4100.98100.98
100=32.10
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FUNDICIN GRISTABLA +.
FUERZA
DEFORMACIN
ESFUERZO
E[mm/mm]
[Kg F]d1=(1/1000)"
d2=(1/1000)mm [mm]
[mm]
[Kg/cm2] !SI M!A E1 E2
200 0 0#0$%2 0&'02
$%112#2&
0''$$$
20#0000$%
2 0
00 0 0# 0#$%2 0#001&&
$'22#'
10&1$'
%% 0#000$%2$'%1E
*0'
%00 & 0#$ 0#&&0% 0#00$2'0$
%2%#$
1%2
0#000&&0
%0#0001$
0$
00 1 1 1#01 0#01&&
''%%
21&'0&
$0#00101
0#0002
&
1000 2 1# 1#0%% 0#01&$#'12
$0%1#'
2$#%$
1%%0#0010%%
0#0001
$0$
1200 1#% 1#11$% 0#01%'&$#01&
2'$#$
2'#2%
'&&0#00111$
%0#000&
02
100 % 1#& 1#1% 0#01&%&%#'1$
1&%#0
%#1%2
00#0011%
0#000%
1
1%00 2#2 1#21&2 0#022 $&%#01&&112
2$$#&01&
%%0#00121&
20#000'
%'&
100 '0 2#% 1#2$ 0#02%&'#'22
12$10#%
1&$#%&%
&& 0#0012$0#000%
1'
2000 '1 1#2&' 0#0&&'#02
$%1122#&
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20#0012&'
0#000$
1$1
2200 ' # 1#$1% 0#010'2$
%1'''#1
&%10$#11'
1$$0#001$1
%0#0000
200 '' #$ 1#&$ 0#0$11&
'1%&$#
%%11%#'2
&2 0#001&$0#000&0
2
2%00 '% #1 1#22 0#0112'2
1'$
$$112%#'&0
%%0#00122
0#001
200 ' #' 1#$2 0#0'1
1&$$2#0
%$$1%#2
0$0#001$
20#0010&
$'%
000 %0 ' 1#'2 0#0'1&2#'$
1211#
'21%#0%%
1' 0#001'20#00121
&'1
200 % 1#%2'%1'&2#0&
22'&%#%
1''#0
&0#001%2'
%
00 %' 1#%'11%&1#'2
2&200#&
&1%'#'1
%% 0#001%'1
%00 %% 1#%$%1$&1#0
$2'21#2
2&&1$'#2$&
0#001%$%
00 % 1#$2$21&0#'$
2%2%#'
201'#01$
120#001$2$
2
000 %& 1#$'2%1&&0#0&
$'22'#
10&1$'
%%0#001$'2
%
200 $1 1#020''2
22&%'#1
01'20#&2
%10#0010
00 $ 1#'221'
$10$0#
&221#20
'0#001'
2
%00 $% 1#&022#''$
2122#%
2%22#&%
0&%0#001&0
00 $ 1#&122#0'&
$&
$12#$0'
0#001&1
2
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'000 1 2#0'$2$#'%2
1&'0$#2
%$2#
'0#0020'$
'200 2#1%2'$#0%
%%$1'
'22'#11
2%0#0021
%
'00 $ 2#20&2%%#'%$
1%11#
2%2#&1&
0$0#00220&
'%00 &0 2#2%2$%#0%&
%'&'#1
'2$2#%'%
1 0#0022%
'00 & 2#%222'#'$2
10&'%#
2'&22#&
''%0#002%2
2
%000 &' 2#12&'#0$
%2%#$
1%2&2#12
0#0021
%200 100 2#'0#'$$
11$1#0
0$01#$0
0 0#002'
%00 10% 2#%&21#0$&
%'1
&$'11#%0$
$%0#002%&2
AN)LISIS DE DATOS
2&+'1
$&+'1
12&+'1
1$&+'1
22&+'1
2$&+'1
2&+'1
$&+'1
,(-) = 1'&$&1+$&- * &+$'
F.dc 34
E(mm/mm)
5g/cm2
GRFICA 0.5 'sfuer#o 56s Deformacin unitaria% !ara la fundicin gris
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/. C%a&e #e $ate!"a%3
SY=P Y
A0=
6200
(
4
(1,5982 )
)
=3114,69 [Kgf/cm2 ]SY=44208,5 [PSI]
El material es una fundicin gris A(/0 @2.
+. S lp E&52e!6o #e% %9$"te #e :!o:o!c"ona%"#a#83
Slp=P lp
A0=
3000
4(1,598)2
=1492,0776 [Kgf/cm2 ]=21177,833 [PSI]
>. SY E&52e!6o #e 5%2enc"a8
SY=
P Y
A0=
6200
(
4(1,5982 ))=
3114,69
[Kgf/cm2
]
SY=44208,5
[PSI]
,. SU E&52e!6o %t"$o8
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SU=Pmx
A0=
6400
(4 (1,598 )2)=3191,0715 [Kgf/cm2 ]=45292,538[PSI]
. Smx E&52e!6o (;
-
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E=198,943799,47184
9,7561050=1,02106
E=895,2466795,77470,0006340,000537
=1,025106
E=1293,6061193,1340,0010,000902
=1,025106
/. (7#2%o #e !e&"%"enc"a
-
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G!;5"ca . (7#2%o #e !e&"%"enc"a
U= 0,010564
0,015092
(2229003'1880 ) (x
U=4,435Kgf )cm
cm3
//. (7#2%o en#2!ec"$"ento
G!;5"ca . (7#2%o #e en#2!ec"$"ento
U#= 0,015092
0,025153
(8106'2469188'3892,4)(x
U#=89,098Kgf )cm
cm3
/+.(7#2%o #e 5!a-"%"#a#
-
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G!;5"ca . (7#2%o #e 5!a-"%"#a#
Uf= 0,025153
0,026663
(65910'+1425,8)(x
Uf=4.73Kgf )cm
cm3
/>.(7#2%o #e tenac"#a#
U*=U+U#+Uf
U*=4,435+89,098+4,73=98,26Kgf )cm
cm3
/,. E&t!"cc"7n HRA8
HRAAfA
0
A0100=|1,9606682.005592.00559 |100=2,239
/.E%on-ac"7n
H E%on-ac"7n LfL%
L0100=
100,5699,9299,92
100=0,64
CONCLUCIONES.
9btu)imos 1ue los materiales utilizados en el ensayo de traccin son el acero estructuraA3 y la fundicin gris OP @2% seg*n la norma A(/0.
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(eg*n los datos obtenidos y e)aluados% se concluye 1ue el acero estructural es d*ctil por1uee)idenci un porcentae de elongacin del 35%46 y una estriccin del B7%@6 lo dual indica1ue &l material primero se deforma plsticamente y la fundicin gris es frgil por1ue
e)idenci porcentaes pe1ue
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BIBLIOGRAF*A
A(KE"AOD% Donald R. Ciencia e 'ngenier+a de los 0ateriales. /ercera Edicin. Edicin!'nternational /homson Editores.(:ACKE">9RD% Qames >. 'ntroduccin a la ciencia de materiales para ingenieros. (extaEdicin. Editorial! ;earson ;rentice :all.:'EE"ER% R. C. 0ecnica de 0ateriales. (exta Edicin. Editorial! ;earson ;rentice:all.EER% >erdinand ;. Q9:O(/9O% QR% E. Russell% DE=9">% Qohn /.% 0AS8REK% Da)id >.0ecnica de 0ateriales. (exta Edicin. Editorial 0cIraT :ill.
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http://blog.utp.edu.co/metalografia/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/http://blog.utp.edu.co/metalografia/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/http://blog.utp.edu.co/metalografia/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/http://www.utp.edu.co/~lvanegas/disI/Cap3.pdfhttp://www.utp.edu.co/~lvanegas/disI/Cap3.pdfhttp://blog.utp.edu.co/metalografia/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/http://blog.utp.edu.co/metalografia/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/