indices del material

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Química Industrias Extractivas

Departamento de Ingeniera en metalurgia y materiales

Selección de materiales a partir de las cartas de Ashby

Ejemplos.

Grupo: MM91

Nombres:

Cerda Sánchez Omar Francisco

Profesora:

Dr. Maribel Saucedo Muñoz

Fecha de entrega:

miércoles, 21 de octubre de 2015

RECIPIENTE A PRESION.

F :_ Contender la presion Obj:_

a) Maxima seguridad usando cedencia antes que fractura b) Maxima seguridad usando fuga antes que fractura

Rest:_ Radio especifico

Indice de material

M= KICᵟ

T ensile strength (M P a)0. 1 1 10 100 1000 10000

Fract

ure

toughness

(M

Pa.m

^0.5

)

0.001

0.01

0. 1

1

10

100

1000 Nicke l-Cr-Mo allo y, I LLIU M 98 , as cast

T in , pe w te r, t yp e 2 she e t allo y

N icke l, co mme rcial p urit y, g rade 270

V anadium, co mmercial p urit y, ann e ale d , w ire

Materiales Seleccionados

1. Nickel Commercial purity , Grade 2702. Nickel –Cr-Mo alloy (ILLIUM) 98, as Cast.3. Vanadium , commercial purity

Propiedad Niquel 270 ILLIUM Vanadio. ( comercial)

Modulo de young (Gpa) 190-220 165-195 125-190

Densidad (kg/m^3) 8830-8930 8300-8400 6050-6150

Indice del material 0.9 0.4606 1.79

Precio (MXN/kg) 241-265 341-375 1530-1910

Resistencia a la tension (MPa)

360-445 330-410 215-250

Resistencia a la fractura (MPa.m^0.5)

400-565 152-317 120-150

El metodo asbhy asigna el índice del material como una cantidad M a ser maximizada y en este caso maximizar la función M.en este caso , para cumplir el indice de material se propone a usar el material (ILLIUM) el cual cumple al tener la mayor resisistencia a la

fractura , el cual se espresa en la carta ( M= KICᵟ ) , dentro de sus

propiedades observamos que posee una densisdad relativamente alta , pero su costo aumenta consideralemente

Columna rígida y barata.

F :_ Columna Obj:_ Mnimizar Costo.Rest:_

a) Longitud especifica b) Soportar Carga F c) No presentar aplastamiento.

Indice de material

M= E1/2

Cmρ

P rice (MXN / kg)1 10 100 1000

Young's

modulu

s (G

Pa)

0.1

1

10

100

1000

P raseo dymium, co mme rc ial p urit y, cast , so ft

Low allo y st e e l, A IS I 5140 , te mpe re d at 540° C & o il qu en ch e dP E T ( 60% lon g g lass fibe r)

O ak ( que rcus spp .) ( l)

Gran it e ( 2.63)

Glass ce ramic - 9606

Bro n ze , CuNi10Zn 42P b2 , C79830 , w ro ug ht , half h ard ( leade d n icke l silve r)

A l-55% S iC( p) MMC po w d e r p ro du ct


1. Bronze CuNi10Zn42Pb 2, C798302. Glass Ceramic 99063. PET (60 % long glass fiber)

Propiedad Bronce C79830 Vidrio 9906 PET ( con fibra de vidrio)

Modulo de young (Gpa) 118-120 115-121 20.2-21.2

Densidad (kg/m^3) 8490-8510 2570-2620 1890-1930


Precio (MXN/kg) 92.4-102 27.3-164 41.4-55.5

El metodo asbhy asigna el índice del material como una cantidad M a ser maximizada y en este caso maximizar la función M. en este caso tenemos tres opciones de materiales los cuales , ambos cumplen las funciones establecidas por el indece del material , pero al evaluar costos y las restricciones el material que mejor cumple este indice el PET ( reforzado con fibra de vidrio ) , que cumple con el minimo de modulo de toung ( 10 GpPa ) , es el mas economico y el menos denso , como se observa en la tabla.

Aleta de cohete

F :_ aleta de cohete

Obj:_ Maximar la temperatura de fusion del material

Rest:_ A) Todas las dimensiones especificadas B) La superficie no debe fundirse por su exposicion a 1700 ° C por 0.3 s

Indice de materialM=Tm

P rice (MXN / kg)1 10 100 1000 10000 100000 1e6 1e7

Melt

ing p

oin

t (°

C)

10

100

1000

Nio biu m-Mo -V allo y, A llo y B-66

Zirco n ia w it h mag ne sia fo am ( part ly st ab ilize d ) ( 0 .81)

Mo lybde n um, A llo y 363 , T ZMT un gst e n, co mmercial p urit y, R07004, ann e ale d

Zirco n ia mullit e alumin a foam (0 .63)

A lu min a/ 30% T iC co mp osit e ( pre ssed and sin t e re d )

T un gst e n-rhe niu m alloy, w ire

Graph it e fo am (0 .12)

Chro miu m, co mme rc ial purit y, so ft , > 99% Cr

T un gst en , co mme rcial p urit y, R07004 , anne ale d

Zirco n ium, commerc ial pu rit y, Zr702C, cast ( in du st rial g rad e )


1. Tungsten commercial purity (R07004)2. Molybdenum Alloy 363 TZM3. Niobium Mo-V Alloy B-66

Propiedad Tungsteno Comercial

(R07004)

Molibdeno Alloy (363) 1. Niobium Mo-V Alloy B-66


Densidad (kg/m^3) 19300-19400 10100-10300 8400-8500

Precio (MXN/kg) 714-786 572-630 2190-3550

Punto de fusion (°C) 3410-3420 2160-2620 2360-2380

El metodo asbhy asigna el índice del material como una cantidad M a ser maximizada y en este caso maximizar la función M.en el ejemplo se solicita un material que resista temperaturas superiores a los 1700 sin fundirse , por lo que los tres materiales presentados cumplen esta condicion , pero basando en precio y modulo de young , selecionamos a la aleacion de molibdeno (363) TZM , ya que cumple con la función.

VIGA.

F :_ Viga

Obj:_ Minimizar masa

Rest:_ a) L es fija b) Soportar carga F sin mucha diflexion

Indice de material

M= Ee0.5ρ

Density (k g/ m ^ 3)10 100 1000 10000

Young's

modulu

s (G

Pa)

1e-5

1e-4

0.001

0.01

0. 1

1

10

100

1000

Cyanat e e ste r/ HM carbo n fibe r, U D co mp o sit e , 0° lamin a

P I ( 30% carbo n fibe r, crystallize d)

Cast iro n , aust e n it ic ( nod u lar) , E N GJ SA XN iMn 23 4

A l-65% A l2O 3(Ne xte l fibe r) , qu asi-iso t ro p ic lamin ate

Cast iron , auste n it ic ( no d u lar) , E N GJ SA XN i35Mg -15% SiC( w )

T P U ( E st e r, aro mat ic , 30% g lass fibe r)

Mg -15% SiC( w )Ep o xy/ S -g lass fib er, UD co mpo sit e , 0 ° lamina

SP S (30% carb o n fibe r)

Ep oxy/ aramid fibe r, U D co mp o sit e , 0° lam in a

Lit h ium, co mmerc ial p urit y, m in 99 .9%

W alnut ( ju g lan s re g ia) ( l)


1. Cyanate ester /HM carbon fiber (UD composite)2. Mg-15% SiC3. Walhut (juglans regia)

Propiedad Cyanate ester /HM carbon fiber

1. Mg-15% SiC 4. Walhut (juglans regia)


Modulo de young (Gpa) 299-376 83-84 11.8-14.4

Densidad (kg/m^3) 1620-1670 2030-2050 620-760

Precio (MXN/kg) 2770-3090 1370-2190 90.3-144

Resistencia a la tensión (Mpa)

1890-2530 570-575 99-121

El metodo asbhy asigna el índice del material como una cantidad M a ser maximizada y en este caso maximizar la función M.En este caso , se seleciono al Walhut (juglans regia) , debido que cumple al tener menor densidad que los demas materiales , ademas de cumplir con el minimo de 10 Gpa , con respecto al modulo de young , permitiendo cumplir con la restriccion de soportar la carga F sin sufrir deflexion

Travesaño de union ligero

F :_ Travesaño union

Obj:_ Minimizar masa

Rest:_ a) L es fija b) Soportar carga F sin falla

Indice de material

M= ᵟ∗Fρ

Density (k g/ m ^ 3)10 100 1000 10000

Tensi

le s

trength

(M

Pa)

0.1

1

10

100

1000

10000

Bamb o o ( lo ng it ud inal)

P EEK/ IM carbo n fibe r, U D co mp osit e , 0° lam ina

A lu min um, 5086, w ro ug ht , H 38T i-10% S iC( p)

Lo w allo y ste e l, SA E 8630 , cast , q ue nche d & t empe red

Ep o xy/ aramid fibe r, UD comp o site , 0° lam in a

SRP ( e xt rusio n & compre ssion mo ld ing )

Mag ne siu m, A Z80A , w ro u ght

P E KK ( 40% carbo n fib er)

L ignumvit ae ( l)


1. PEEK/IM carbon fiber , UD composite2. Magnesium AZ80A3. Bamboo (longitudinal)

Propiedad 1. PEEK/IM carbon fiber

2. Magnesium AZ80A

3. Bamboo (longitudinal)



Densidad (kg/m^3) 1550-1570 1800-1810 600-800

Precio (MXN/kg) 1490-1640 48-52.8 18.1-27


2410-2430 290-295 160-320

El metodo asbhy asigna el índice del material como una cantidad M a ser maximizada y en este caso maximizar la función M.En este caso , se considero usar el composito “ PEEK/IM carbon fiber , debido que maxima el el modulo de Young .

Indice de material

M= Eρ2

Density (k g/ m ^ 3)200 500 1000 2000 5000 10000

Young's

modulu

s (G

Pa)

0.1

1

10

100

1000

A lu min um, 5086, w ro ught , H 38

Glass ce ram ic - 9608

Ep oxy S MC ( carbo n fiber)

Mag ne siu m, ZM21, w ro ught

Be ryllium, g rade I -400 , vacuu m ho t -p re sse d

Mag ne siu m, E A 55RS, w ro ug ht Glass ce ram ic - slipcast

Mag ne siu m, ZM21, w ro ug ht

Be ryllium , St andard Grade , ho t p resse d

P E EK/ IM carbo n fibe r, U D co mp osit e , 0° lam in a

O ak (qu ercus spp .) ( l)


1. Aluminum 5086 wrought H362. Epoxy SMC (carbon Fiber)3. Oak (quercus)

Propiedad 1. 2. Aluminum 5086

3. Epoxy SMC (carbon

4. Oak

Fiber) (quercus)

Indice del material 1.000*10e-5 3.52*10e-5 2.79*10e-5Modulo de young (Gpa) 70-73.6 69-150 20.6-25.2

Densidad (kg/m^3) 2640-2670 1400-1700 850-1030

Precio (MXN/kg) 31.8 308-340 90.3-144


345-381 276-345 133-162

El metodo asbhy asigna el índice del material como una cantidad M a ser maximizada y en este caso maximizar la función M.En este caso , se considero el uso de la aleacion de alumnio 5086 , debido al valor que nos da en el indice del material ademas de presentar las mejores propiedades (modulo de young ) con respecto a los otros materiales

indices del material

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