TEMA 2 Caracterización de las propiedades mecánicas y su relación con la microestructura: Esfuerzo y deformación. Ensayos mecánicos
“ Comportamiento
elasto- plástico” plástico”
Tema 2
OBJETIVOS DEL TEMA 1.
Defi Defini nirr y cal calcu cula larr ten tensi sion ones es y defo deforma rmaci cion ones es..
2.
Defin Definir ir y saber saber obtene obtenerr a partir partir de gráfic gráficas as o datos datos paráme parámetros tros como: como:
3. 4. 5. 6. 7.
1. Módu Módulo lo de de You Young ng,, lími límite te elá elást stic ico, o, res resis isten tenci ciaa máxim máxima. a. 2. Alar Alarga gami mien ento to y estr estric icci ción ón.. 3. Loc Localiz alizar ar la zona ona de fluen fluenci cia. a. Saber Saber las definici definiciones ones de la la zona zona elástic elásticaa y la la zona zona plástic plástica. a. Desc Describi ribirr sus comportamientos. Conoce Conocerr la defini definició ción n de tenaci tenacidad dad y de de resi resilie liencia ncia.. Tipos Tipos de fractu fracturas ras.. Conoce Conocerr la la dive diversid rsidad ad de de comp comportam ortamien iento to de de metale metales, s, políme polímeros ros,, etc. etc. Cono Conoce cerr y expli explica carr la tran transi sici ción ón frág frágil il-d -dúc úcti till y sus efe efect ctos os.. Conoce Conocerr y saber saber describ describir ir los los dife diferent rentes es tipos tipos de ensay ensayos: os: tracci tracción, ón, impacto, dureza...
“ Comportamiento
elasto- plástico” plástico”
Tema 2
OBJETIVOS DEL TEMA 1.
Defi Defini nirr y cal calcu cula larr ten tensi sion ones es y defo deforma rmaci cion ones es..
2.
Defin Definir ir y saber saber obtene obtenerr a partir partir de gráfic gráficas as o datos datos paráme parámetros tros como: como:
3. 4. 5. 6. 7.
1. Módu Módulo lo de de You Young ng,, lími límite te elá elást stic ico, o, res resis isten tenci ciaa máxim máxima. a. 2. Alar Alarga gami mien ento to y estr estric icci ción ón.. 3. Loc Localiz alizar ar la zona ona de fluen fluenci cia. a. Saber Saber las definici definiciones ones de la la zona zona elástic elásticaa y la la zona zona plástic plástica. a. Desc Describi ribirr sus comportamientos. Conoce Conocerr la defini definició ción n de tenaci tenacidad dad y de de resi resilie liencia ncia.. Tipos Tipos de fractu fracturas ras.. Conoce Conocerr la la dive diversid rsidad ad de de comp comportam ortamien iento to de de metale metales, s, políme polímeros ros,, etc. etc. Cono Conoce cerr y expli explica carr la tran transi sici ción ón frág frágil il-d -dúc úcti till y sus efe efect ctos os.. Conoce Conocerr y saber saber describ describir ir los los dife diferent rentes es tipos tipos de ensay ensayos: os: tracci tracción, ón, impacto, dureza...
Deformación elástica y tracción Introducción DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN PRODUCTO: CARACTERÍSTICAS SEGÚN APLICACIÓN Dureza Resistencia al impacto Ferromagnetismo Resistencia altas T Resistencia corrosión ... SELECCIÓN DEL MATERIAL ADECUADO
Deformación elástica y tracción Tensión o esfuerzo Par de fuerzas de cizalla
= S/A = F/A b
fuerza = carga tensión = esfuerzo
unidades SI: N/m 2 =
(N/mm 2 =
;
)
Deformación elástica y tracción Deformación Al aplicar una fuerza axial: - aumenta la longitud - disminuye el área
=
a h
= tg b
Longitudinal: z =
l - l0 l0
Transversal: x = y =
d0 - d
elástica / plástica
d0 a desplazamiento por cizalla h distancia sobre la que actúa la cizalla
Deformación elástica y tracción Coeficiente de Poisson En el régimen ELÁSTICO se cumple:
x = y = z = x / z
= y / z Al Cu A-Fe
0,34 0,34 0,29
Ge Si
0,28 0,27
MgO
0,19
Vidrio de sílice
0,20
Caucho
0,49
PS PE
0,33 0,40
Baquelita
0,20
Relación entre módulos de elasticidad: 2 (1+ ) = Material perfectamente incomprensible ¿qué coef. De Poisson tendría?
Deformación elástica y tracción Deformación elástica En la deformación relación
entre
, se verifica la y
Constante de proporcionalidad: Módulo de elasticidad
módulo de =
E = /
Módulo de elasticidad alto
módulo de = materiales
¿muy
G = / o muy
?
Deformación elástica y tracción Módulo de Young vs. enlace químico Módulo de Young estrechamente relacionado con fuerzas de enlace En el equilibrio: dF dr
dF dr
E
r 0
r 0
La magnitud de E es una medida Iónico
de la
Covalente
de átomos contiguos
Metálico Van der Waals...
interatómicas
Deformación elástica y tracción Comportamiento elástico para distintos materiales
Deformación elástica y tracción Ensayo de tracción
Muy utilizado en el sector mecánico.
Sobre todo tipo de materiales (met., cer., pol, comp.)
Se somete a la probeta a un esfuerzo de tracción hasta rotura.
Principales parámetros que se obtienen: 1. módulo de elasticidad 2. límite elástico 3. resistencia a tracción 4. alargamiento 5. coeficiente de estricción.
ELEMENTOS BÁSICOS DE LA M.U.E. 1. CUERPO DONDE SE SITÚA LAS MORDAZAS QUE SUJETAN LA PROBETA 2. GENERADOR DE FUERZAS 3. SISTEMA DE MEDIDAS
VÍDEO
Deformación elástica y tracción Ensayo de tracción
EQUIPO: máquina universal de ensayos (MUE). Elementos básicos: - cuerpo - generador de fuerza - sistema de medida
EJECUCIÓN: - colocación probetas - aplicación de carga a tracción - medida de carga y alargamiento
v constante y quasiestática
Tracción, Compresión, Flexión, Termofluencia, ... TRACCIÓN
COMPRESIÓN -F
F La probeta se ALARGA hasta la rotura
-F
La probeta se COMPRIME hasta que estalla
¿A qué materiales aplicaría cada tipo de ensayo?
F
FLEXIÓN La probeta se FLEXIONA hasta un ángulo
F Tres puntos
Cuatro puntos
Ensayo de tracción a un aislante eléctrico de líneas de alta tensión
Probeta de compresión
Hormigón: material compuesto por cemento, arena y grava
Probeta flexionada
Deformación elástica y tracción Curva esfuerzo-deformación
RESULTADO: gráfica de esfuerzo-deformación.
Curva CARACTERÍSTICA de cada material
o z r e u f s e ,
Resistencia a tracción
Rotura
Límite elástico def. elástica
E
def. plástica
módulo de elasticidad ,
deformación
Simulador de ensayos de tracción en aceros: AULA VIRTUAL
Resultados: · Módulo de elasticidad: E · Límite elástico: R e · Resistencia a la tracción: R m · Alargamiento: A · Estricción: Z
F
-F
La probeta se alarga hasta la rotura
Deformación elástica y tracción Módulo de Young 1.
pendiente de la curva en la zona lineal. Mayoría de los materiales
= /
Comportamiento no-lineal: fundición gris, hormigón
LEY DE HOOKE En la Zona Elástica se cumple
= E
E – Módulo de Young o de elasticidad: medida de la rigidez del material Relación entre el E y la T de fusión METAL
Pb Mg Al Cu Ni Fe W
TFUSIÓN (º C) 327 650 660 1085 1453 1538 3410
E (MPa) 1.4 x 104 4.5 x 104 6.9 x 104 12.5 x 104 20.6 x 104 20.7 x 104 40.3 x 104
Es la tensión correspondiente a la máxima carga que soporta la probeta durante el ensayo antes de su rotura. Se calcula como R m = Fuerza máxima / S o
(MPa) M
Deformación elástica y tracción Límite elástico 2. : máxima tensión a la que el material presenta deformación elástica o no permanente. Diseño de estructuras
Límite elástico superior
Criterio del 0.2% o z r e u f s e ,
,
deformación
Límite elástico inferior o z r e u f s e ,
Bloqueo de dislocaciones por átomos de soluto , deformación
(def. plástica, TT, grano…)
GRÁFICA DE TENSIÓN-DEFORMACIÓN
F 1110 Fluencia
Resistencia de cedencia o dúctil
Deformación elástica y tracción Resistencia a tracción 3. : tensión correspondiente a la máxima carga que soporta la probeta durante el ensayo.
R
Fuerza máx ima S 0
o z r e u f s e ,
,
deformación
(def. plástica, TT, grano…)
Deformación elástica y tracción Alargamiento y estricción S 0
A
Z
lu
l 0
l0
S0
S0
100
l 0 Zona calibrada
S u
100
ALARGAMIENTO
A = (Lf – Lo)/Lo
TENACIDAD Se define como la energía que absorbe un material en su deformación y rotura. Un material es tenaz si posee tanto una elevada resistencia como una alta ductilidad
ESTRICCIÓN
Z = (So – Sf )/So
Deformación elástica y tracción Resiliencia elástica o
( )
Capacidad de absorber E elástica cuando es deformado y devolver la E U r energía de deformación/u.V. para deformar hasta R p Criterio del 0.2% o z r e u f s e ,
p
U r d 0
,
deformación
R p 2 1 U r R p p 2 2 E
Deformación elástica y tracción Tenacidad : medida de la tensión máxima que puede soportar un material a tracción. : medida del grado de deformación plástica que puede soportar un material hasta su rotura. : energía que absorbe un material en su deformación y rotura. Material muy tenaz alta resistencia + alta ductilidad. Si la carga se aplica: - lentamente área de la curva esfuerzo- deformación - bajo impacto y cuando hay una entalla ensayos de impacto
: deformación a fractura < 5%, aprox.
Frágil Dúctil
A: Material frágil B: Material tenaz con pto de fluencia C: Material elástico
Deformación elástica y tracción Ejemplos Rigidez Resistencia Ductilidad Tenacidad
Fragilidad Maleabilidad Resiliencia Flexibilidad Elasticidad
Deformación elástica y tracción Definiciones: : Capacidad para soportar tensión sin deformarse elásticamente demasiado (es decir, tener E alta). : Capacidad de resistir altas tensiones antes de romperse (no da información sobre la deformación) : Capacidad para soportar grandes deformaciones antes de romperse (no informa sobre la tensión) : Capacidad para absorber energía antes de romperse (un material para ser tenaz debe ser dúctil y resistente) : Capacidad para deformarse de forma plástica lentamente bajo tensiones pequeñas a temperaturas altas.
Deformación elástica y tracción Definiciones: : Capacidad para romperse sin llegar a deformarse plásticamente. : Capacidad para deformarse plásticamente en forma de láminas (muy útil en la industria) : Capacidad para absorber y devolver energía en la zona elástica (como un muelle). : Capacidad para deformarse mediante flexión. : Capacidad para deformarse bajo tensión y recuperar la forma original, es decir deformación elástica.
Deformación elástica y tracción Definiciones: : 1) Capacidad de un material para rayar y modificar la superficie de otro (es decir, arrancar átomos de su estructura). 2) Resistencia al cambio de forma cuando se aplica una fuerza (está relacionada con la rigidez, por lo tanto). 3) Característica de los materiales relacionada con la energía de los enlaces interatómicos. * Existen varios métodos para medir la dureza.
Deformación elástica y tracción Ensayo de tracción: efecto de T
acero extrasuave
aleaciones de aluminio
Deformación elástica y tracción Curva esfuerzo-deformación real la sección de la probeta varía durante la aplicación del esfuerzo. v
F Ai sección en el Ai instante i
l i dl v ln l 0 l l 0 l i
suma de todas las deformaciones hasta el instante i
Nuevas coordenadas: la tensión real
hasta rotura.
Deformación elástica y tracción Ensayo de tracción Las ecuaciones anteriores sólo son válidas hasta el inicio de la estricción, donde:
Corregida Estricción
- el área ya no es constante - se origina un estado complejo de tensiones
y se calculan a partir de las medidas de las cargas, secciones transversales y longitudes de probetas reales
Deformación elástica y tracción Ensayo de tracción cociente entre las resistencia mecánica del material y la resistencia de trabajo calculada para la pieza. Tensión de seguridad - tensión de trabajo: trabajo =R m /N
Coeficiente de seguridad de rotura (RAE) para ascensores (12) y montacargas (8).
También puede considerarse el coeficiente de seguridad a deformación permanente, empleando R e .
