Propiedades Mecánicas de los Materiales (Metales) Parte 1

(1)

FCEIA-UNR C7 Materiales

Propiedades Mecánicas de los Materiales

(Metales) Parte 1

Propiedades de los Materiales

• Físicas

• Químicas

• Térmicas

• Eléctricas

• Magnéticas

• Mecánicas

• Acústicas

• Opticas

• Otras (estéticas, económicas, etc.)

Selección basada en sus condiciones de uso

(2)

Efecto de las cargas

• Bajo la acción de las cargas los materiales se deforman (cambian de tamaño y/o de forma)

A0

= F

σ

L₀

L F F

A₀

0 0

0 L

) L L ( LL = −

= Δ

ε

Tensión (tecnológica)

Deformación

Comportamientos bajo carga de materiales ideales

σ

ε

Elástico Lineal: La tensión es proporcional a la deformación.

Elástico es sinónimo de reversible

La deformación se recupera totalmente al retirar la carga (no quedan

deformaciones remanentes)

ε ε σ

σ ₌ _E _→ ₌ _E _⋅

(3)

Comportamientos bajo carga de materiales ideales

σ

ε

Elástico No Lineal: La

proporcionalidad entre tensiones y deformaciones depende del estado de tensiones. La deformación se recupera totalmente al retirar la carga (no quedan deformaciones remanentes)

E =f( σ) E =f( ε)

Comportamientos bajo carga de materiales ideales

σ

ε σf

Perfectamente plástico: Cuando la tensión alcanza un valor crítico σ_f, el material fluye. La deformación no se recupera al retirar la carga (queda una deformación permanente)

(4)

Comportamientos bajo carga de materiales ideales

σ

εP ε εe

εe

σf

Materiales Elastoplásticos: La tensión es proporcional a la deformación hasta un cierto valor crítico σ_f. Luego el material fluye a tensión

constante. Al retirar la carga, parte de la deformación se recupera elásticamente y parte queda como deformación

plástica remanente.

Caract. mecánicas mediante ensayos

•El objeto es obtener resultados numéricos experimentales que describan estas propiedades mecánicas.

•De distinta naturaleza: de tracción, de

compresión, de flexión, de dureza, triaxiales o específicos.

•En algunos casos, desarrollados semi empíricamente.

En general, las propiedades mecánicas de los materiales son determinadas experimentalmente mediante distintos ensayos.

(5)

El ensayo de tracción

Mordaza inferior Probeta

Extensómetro

L₀ F

Mordaza superior Cabezal móvil

•Ensayo de amplia difusión

•Aplicable a distintos tipos de materiales

•Normalizado

El ensayo de tracción

ΔL ^(mm) O

A

B

C

F

(10³ N)

De O a A: deformación elástica De A a B: deformación plástica De B a C: Estricción

En C: Rotura de la probeta

Corresponde al Límite elástico

Corresponde a la Resistencia a la tracción

Corresponde a la Rotura de la probeta Fmax

(6)

Resultados experimentales

ε ^(%)

σ

^(MPa)

R

R_u

Ag Agt

A

At

oo o o

o

A

B

C

Resultados experimentales

•El módulo elástico E se obtiene como la pendiente de la recta a

•El límite convencional de fluencia Rp se define como la tensión para la cual la deformación permanente remanente es apreciable

•Convencionalmente se la define como una

deformación permanente remanente igual al 0,2 %

ε ^(%)

O

σ ^(MPa) _a

0,2%

Rp_0,2

E o

o o

Rh

(7)

0 100 200 300 400 500 600 700

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tensión (MPa)

Deformación (%) σf

0,2%

Límite de fluencia convencional

Límite de fluencia (Tensión de fluencia)

0 100 200 300 400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tensión (MPa)

Deformación (%) σf

Límite de fluencia real

Límite de fluencia (Tensión de fluencia)

(8)

• Máxima tensión de tracción

• Metales: ocurre una notable estricción

ε ^(%)

σ ^(MPa)

Resistencia a la tracción

Etapa de estricción

% Lo 100

) Lo Lu A=( − ⋅

L₀

L_u

O A B B C

A₀ A_B A_u ^Z⁼ ^Au_Ao⁻^Ao^⋅¹⁰⁰^%

Alargamiento porcentual de

rotura

Estricción

(9)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tensión (MPa)

Deformación (%) APL1700

ADN 420

AL 220

Materiales Dúctiles y Frágiles

• Fractura : la separación en partes de un elemento material sometido a la acción de un esfuerzo aplicado.

• Fractura frágil:pequeñas e incluso nulas deformaciones plásticas previamente a la fractura

• Fractura dúctil:grandes deformaciones plásticas previamente a la fractura

Ductilidad y fragilidad

• En general, el Alargamiento porcentual en rotura A y la Estricción Z son comparables (del mismo orden).

• La razón: el deslizamiento de los cristales no cambia el volumen (deformación a volumen constante)

• Los límites entre fragilidad y ductilidad se establecen convencionalmente:

A > 5 %  Dúctil A < 5 %  Frágil

(10)

Efecto de “copa y cono”

Curvas experimentales

(retiro del extensómetro)

0 100 200 300 400

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Tensión (MPa)

Deformación (%) σR

0 200 400 600

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Tensión (MPa)

Deformación (%) σR

(11)

Tenacidad

Capacidad de un material de absorber energía durante la deformación. El área bajo la curva σ-ε representa el trabajo total W por unidad de volumen que puede realizarse sobre el material para producir la rotura (Joule/m³).

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

0 2 4 6 8 10 12

Tensión (MPa)

Deformación (%)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

0 2 4 6 8 10 12

Tensión (MPa)

Deformación (%)

W1

W2 W2 > W1

Diagrama real σ - ε

ε σ

Basada en la sección inicial A₀y la longitud inicial Lo

Corregida respecto a la sección instantánea A y la verdadera deformación local Real

Ingenieril ó Tecnológica

Si la tensión se calcula respecto al área instantánea de la probeta y la deformación local, se obtiene una curva diferente.

(12)

Influencia de la temperatura

• Los materiales metálicos adquieren “acritud” por deformación en frío.

• Si luego de pasar la tensión de fluencia, la probeta se descarga , recupera parte de la deformación.

Endurecimiento por deformación,

Acritud

(13)

Endurecimiento por deformación, Acritud

• Si se la vuelve a cargar, la deformación vuelve a «empalmar» con la curva original. A simple vista, la probeta no presenta ningún indicio de la carga anterior salvo que es algo más larga.

• La determinación de la tensión de fluencia resulta en un valor algo mayor con una disminución de la ductilidad (deformación de rotura).

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

0 5 10

Tensión (MPa)

Deformación (%) 0,2%

σf

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

0 5 10

Tensión (MPa)

Deformación (%) 0,2%

σf

Propiedades Mecánicas de los Materiales (Metales) Parte 1