Diagrama esfuerzo-deformación (página 2)

  Muchos materiales
alcanzan un estado en el
cual la deformación comienza a crecer rápidamente
sin que haya un incremento correspondiente en el esfuerzo. Tal
punto recibe el nombre de punto de cedencia o punto de
fluencia.

  Se define la resistencia de
cedencia o fluencia Sy mediante el método de
corrimiento paralelo.

El ensayo de
tracción consiste en someter a una probeta normalizada
realizada con dicho material a un esfuerzo axial de
tracción creciente hasta que se produce la rotura de la
probeta. Para ello se coloca la probeta en una máquina de
ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otra móvil.
Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento
de la mordaza móvil.

MÁQUINA PARA ENSAYO DE
TRACCIÓN

Se utiliza para determinar el comportamiento
de los materiales bajo cargas cuasi-estáticas de
tensión y compresión, obteniendo sus gráficos de esfuerzo-deformación y
su módulo de elasticidad
(módulo de Young). Con esta información podemos determinar que tan
elástico o plástico
será el comportamiento de un material bajo la acción
de una fuerza axial
actuando sobre él.

La figura 10 ilustra una probeta al
inicio del ensayo indicando las medidas iniciales
necesarias.

Figura 10

Analizando las probetas después de
rotas, es posible medir dos parámetros: El alargamiento
final Lf (Figura 11) y el diámetro final
Df, que nos dará el área final
Af.

Figura 11

Estos parámetros se expresan como
porcentaje de reducción de área %RA y
porcentaje de alargamiento entre marcas %?
L:

% RA= x 100 % ? L = x 100.

Ambos parámetros son las medidas
normalizadas que definen la ductilidad del
material, que es la capacidad para fluir, es decir, la
capacidad para alcanzar grandes deformaciones sin romperse. La
fragilidad se define como la negación de
la ductilidad. Un material poco dúctil es frágil.
La Figura 12  permite visualizar estos dos conceptos
gráficamente.

Figura 12

El área bajo la curva fuerza –
desplazamiento (F versus ? L) representa la energía
disipada durante el ensayo, es
decir la cantidad de energía que la probeta alcanzó
a resistir. A mayor energía, el material es más
tenaz.

A partir de los valores
obtenidos en el gráfico Fuerza-Desplazamiento, se puede
obtener la curva Esfuerzo-Deformación ? – ? . El
esfuerzo ?, que tiene unidades de fuerza partido por área,
ha sido definido anteriormente, la deformación
unidimensional:

Para estudiar el comportamiento
mecánico de los materiales, se recurre a la
experimentación sometiendo a los mismos a esfuerzos
progresivos y registrando la deformación resultante. Estos
datos se
expresan en diagramas sl-el
como los de la Figura 7, donde toma la forma de curvas similares
(en forma) a las obtenidas en los ensayos de
succión capilar. En la Figura 7 puede apreciarse un tramo
de la curva sl-el donde el esfuerzo es directamente proporcional
a la deformación. Este comportamiento constituye la
ley de Hooke,
que aplica solo para pequeñas deformaciones, hasta un
límite denominado límite de proporcionalidad,
representado en la Figura 7 por el punto a. En este tramo, el
comportamiento del material es elástico, esto es, si se
disminuye el esfuerzo aplicado lentamente, se recorre el mismo
tramo de la curva en sentido contrario, hasta alcanzar el punto
de origen donde el esfuerzo y la deformación son nulos. La
proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación en el
tramo de la ley de Hooke permite definir el módulo
de Young o módulo de elasticidad
(E). Este módulo es la constante de
proporcionalidad, de manera que:

Donde el módulo de elasticidad
E es positivo (?l y ?l son negativos)
y presenta las mismas dimensiones que el esfuerzo ya que
?l es adimensional. El valor del
módulo de Young es característico para distintos
materiales, por lo que puede utilizarse para comparar las
características mecánicas de los mismos.

Zona elástica

La zona elástica es la parte donde
al retirar la carga el material regresa a su forma y
tamaño inicial, en casi toda la zona se presenta una
relación lineal entre la tensión y la
deformación y tiene aplicación la ley de Hooke. La
pendiente en este tramo es el módulo de Young del
material. El punto donde la relación entre ? y ? deja de
ser lineal se llama límite proporcional. El valor de la
tensión en donde termina la zona elástica, se llama
límite elástico, y a menudo coincide con el
límite proporcional en el caso del acero.

Meseta de fluencia

Región en donde el material se
comporta plásticamente; es decir, en la que
continúa deformándose bajo una tensión
"constante" o, en la que fluctúa un poco alrededor de un
valor promedio llamado límite de cedencia o
fluencia.

Endurecimiento por
deformación

Zona en donde el material retoma
tensión para seguir deformándose; va hasta el punto
de tensión máxima, llamado por algunos
tensión ó resistencia última por ser el
último punto útil del gráfico.

Zona de tensión
post-máxima

En éste último tramo el
material se va poniendo menos tenso hasta el momento de la
fractura. La tensión de fractura es llamada también
tensión última por ser la última
tensión que soportó el material.

FORMA REAL DE LA CURVA
TENSIÓN-DEFORMACIÓN

La curva descrita anteriormente se utiliza
en ingeniería, pero la forma real de dicha
curva es la siguiente:

Aquí no se presenta una relajación de la
tensión, pues sigue aumentando hasta la rotura.

Después del punto de carga máxima en el
gráfico de ingeniería, comienza a formarse un
"cuello" en la probeta; este fenómeno se conoce como
estricción.

Esta disminución en el área
transversal ocurre por deslizamiento debido a tensión
cortante en superficies que forman 45° con el eje de la
barra.

Sea una barra de acero al bajo carbono (A-36)
sujeta a tensión con sección circular.

Propiedades
mecánicas del acero

•  Resistencia al
  desgaste. Es la resistencia que ofrece un material a
  dejarse erosionar cuando esta en contacto de fricción
  con otro material.

• Tenacidad. Es la
  capacidad que tiene un material de absorber energía
  sin producir Fisuras  (resistencia al
  impacto).

• Maquinabilidad. Es la
  facilidad que posee un material de permitir el proceso de
  mecanizado por arranque de viruta.

• Dureza. Es la
  resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se
  mide en unidades BRINELL (HB) ó unidades ROCKWEL C
  (HRC), mediante test del mismo nombre.

Elasticidad: es la propiedad de
un material en virtud de la cual las deformaciones causadas por
la aplicación de una fuerza desaparecen cuando cesa la
acción de la fuerza.

"Un cuerpo completamente elástico se
concibe como uno de los que recobra completamente su forma y
dimensiones originales al retirarse la carga". ej: caso de un
resorte o hule al cual le aplicamos una fuerza.

Plasticidad: es aquella propiedad que
permite al material soportar una deformación permanente
sin fracturarse.

Esfuerzos Cortantes

Si sobre un cuerpo la fuerza se aplica de
manera tangente, su deformación se efectúa de la
manera que se esquematiza en la figura adjunta.

Se dice que la fuerza es una fuerza
cortante pura. La deformación producida viene
caracterizada por el ángulo a, tal y como se esquematiza
en la figura. La tensión se simboliza por la letra t, y
vale:

En el caso de fuerzas cortantes sobre
cuerpos elásticos de Hooke, la ley se expresa como: t =
G•a

En la que la constante de proporcionalidad
(G) entre deformaciones angulares y tensiones se
denomina módulo de elasticidad transversal o
módulo de tensión cortante. Esta constante
o módulo no es independiente del de Young, sino que
está relacionado con él según la
relación:

De la definición del módulo
de Poisson (µ) se deduce: e1 = µ•e0, es
decir:

Conclusión

Los materiales, en su totalidad, se
deforman a una carga externa. Se sabe además que, hasta
cierta carga límite el sólido recobra sus
dimensiones originales cuando se le descarga. La
recuperación de las dimensiones originales al eliminar la
carga es lo que caracteriza al comportamiento elástico. La
carga límite por encima de la cual ya no se comporta
elásticamente es el límite elástico. Al
sobrepasar el límite elástico, el cuerpo sufre
cierta deformación permanente al ser descargado, se dice
entonces que ha sufrido deformación plástica.El
comportamiento general de los materiales bajo carga se puede
clasificar como dúctil o frágil según que el
material muestre o no capacidad para sufrir deformación
plástica. Los materiales dúctiles exhiben una curva
Esfuerzo – Deformación que llega a su máximo en el
punto de resistencia a la tensión. En materiales
más frágiles, la carga máxima o resistencia
a la tensión ocurre en el punto de falla. En materiales
extremadamente frágiles, como los cerámicos, el
esfuerzo de fluencia, la resistencia a la tensión y el
esfuerzo de ruptura son iguales.

La deformación elástica
obedece a la Ley de Hooke La constante de proporcionalidad E
llamada módulo de elasticidad o de Young, representa la
pendiente del segmento lineal de la gráfica Esfuerzo –
Deformación, y puede ser interpretado como la rigidez, o
sea, la resistencia del material a la deformación
elástica. En la deformación plástica la Ley
de Hooke deja de tener validez.

Autor:

Alejandro Pino