PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

ELASTICIDAD Y PLASTICIDADSi retomamos nuevamente el ejemplo de la barra traccionada, podemos ver que si la fuerza F cesa, el alargamiento desaparece completa o parcialmente, es decir, la barra tiende a recuperar su longitud original L. Esta propiedad que posee un material de volver parcial o completamente a su forma inicial una vez que desaparece la carga es lo que se llama elasticidad. Si la barra recuperaCompletamente su longitud inicial, se dice que el material es perfectamente elstico; de lo contrario se dice que es parcialmente elstico. La plasticidad es una propiedad opuesta, un material es perfectamente plstico cuando al dejar de actuar la carga que lo deforma mantiene su configuracin deformada.

En la realidad ningn material resulta perfectamente elstico o perfectamente plstico. Algunos materiales como el acero, aluminio, goma e incluso la madera y el hormign pueden ser considerados como perfectamente elsticos dentro de ciertos lmites, es decir, si no estn excesivamente cargados. Otros materiales como la arcilla y la masilla pueden considerarse comoPerfectamente plsticos.

LEY DE HOOKELa denominada Ley de Hooke constituye la base de la Resistencia de Materiales y es vlida dentro de lo que se denomina rgimen lineal elstico. Esta ley establece que si la tensin normal se mantiene por debajo de un cierto valor llamado tensin de proporcionalidad, las deformaciones especficas y las tensiones son directamente proporcionales.

DIAGRAMA ESFUERZO - DEFORMACIN ( - ) DEL ACERO COMNAl resolver los problemas de la Resistencia de Materiales nos encontramos con la necesidad de tener ciertos datos experimentales previos sobre los cuales se pueda basar la teora. Por ejemplo, para poder establecer la ley de Hooke se hace necesario conocer el mdulo E, el cual debe determinarse experimentalmente. Para obtener los datos antes mencionados se pueden realizar distintos tipos de ensayo, de los cuales uno muy difundido es el de traccin. Para este ensayo usualmente se emplean probetas especiales, que consisten en barras de seccin circular, las cuales son estiradas en una mquina especialmente diseada para el ensayo. Cuando una barra esta sometido a un esfuerzo axial P, aparecen internamente tensiones normales calculables a travs de la siguiente expresin:

AffAl

En este diagrama pueden distinguirse ciertas zonas con determinadas caractersticas:

A) PERODO ELSTICO: Este perodo queda delimitado por la tensin e (lmite de elasticidad). El lmite de elasticidad se caracteriza porque, hasta llegar al mismo, el material se comporta elsticamente, es decir que producida la descarga, la probeta recupera su longitud inicial. En la prctica, este lmite se considera como tal cuando en la descarga queda una deformacin especifica remanente igual al 0.001 %. Este perodo comprende dos zonas: la primera, hasta el p (lmite de proporcionalidad), dnde el material verifica la ley de Hooke. La segunda entre p y e, si bien es elstica, no manifiesta proporcionalidad entre tensiones y deformaciones.

B) PERODO ELASTO-PLSTICO: Para valores de tensin superiores al lmite elstico, la pieza si fuera descargada no recobrara su dimensin original, aprecindose una deformacin remanente acorde con la carga aplicada. A medida que aumenta la solicitacin, la grfica representativa es la de una funcin para la cual disminuye el valor de su Tangente, tendiendo a anularse en el tramo final del perodo, al cual se llega con un valor de tensin que se indica como f (tensin de fluencia).

C) PERODO PLSTICO (FLUENCIA): Una vez arribado al valor de tensin f (lmite de fluencia), el material fluye, es decir, aumentan las deformaciones sin que existe aumento de tensin. En realidad este fenmeno no es tan simple, ya que puede verse que la tensin oscila entre dos valores lmites y cercanos entre s, denominados lmites de fluencia superior e inferior, respectivamente. La tensin de proporcionalidad resulta ser aproximadamente el 80% de la tensin de fluencia.

D) PERODO DE ENDURECIMIENTO Y DE ESTRICCIN: Como consecuencia de un reacomodamiento cristalogrfico, luego de la fluencia el material sufre un reendurecimiento, que le confiere la capacidad de incrementar la resistencia, es decir, puede admitir un incremento de carga. Sin embargo en este perodo las deformaciones son muy pronunciadas.

La tensin aumenta hasta alcanzar un valor mximo R, denominado tensin de rotura, a partir del cual la tensin disminuye hasta que alcanza una determinada deformacin de rotura, producindose la tensin R no es en realidad la mxima tensin que se origina en la probeta sometida a carga. En efecto, alcanzado el valor de la deformacin especifica correspondiente a R, comienza a manifestarse en la probeta un fenmeno denominado estriccin.

TRACCION

Un cuerpo se encuentra sometido a traccin simple cuando sobre sus secciones transversales se le aplican cargas normales uniformemente repartidas y de modo detender a producir su alargamiento.Por las condiciones de ensayo, el de traccin esttica es el que mejor determina las propiedades mecnicas de los metales, o sea aquella que definen sus caractersticas de resistencia y deformabilidad. Permite obtener, bajo un estado simple de tensin, el lmite de elasticidad o el que lo reemplace prcticamente, la carga mxima y la consiguiente resistencia esttica, en base a cuyos valores se fijan los de las tensiones admisibles o de proyecto (adm.)y mediante el empleo de medios empricos se puede conocer, el comportamiento del material sometidos a otro tipo de solicitaciones (fatiga, dureza, etc.).Cuando la probeta se encuentra bajo un esfuerzo esttico de traccin simple a medida que aumenta la carga, se estudia esta en relacin con las deformaciones que produce. Estos grficos, permiten deducir sus puntos y zonas caractersticasrevisten gran importancia, dicho grfico se obtiene directamente de la mquina.

Un caso tpico es el diagrama que nos presenta el grfico de un acero dctil indicado en la figura, en donde el eje de las ordenadas corresponde a las cargas y el de la abscisas al de las deformaciones longitudinales o alargamientos en milmetros. 1)Periodo elsticoSe observa en el diagrama que el comienzo, desde el punto O hasta el A, esta representado por una recta que nos pone de manifiesto la proporcionalidad entre los alargamientos y las cargas que lo producen (Ley de Hooke). Dentro de este periodo y proporcionalmente hasta el punto A, los aceros presentan la particularidad de que la barra retoma su longitud inicial al cesar la aplicacin de la carga, por lo que recibe indistintamente el nombre de periodo de proporcionalidad o elstico.2) Zona de alargamiento seudoelsticoPara el limite proporcional se presentan un pequeo tramo ligeramente curvo AB, que puede confundirse prcticamente con la recta inicial, en el que los alargamientos elsticos se les suma una muy pequea deformacin que presenta registro no lineal en el diagrama de ensayo. La deformacin experimentada desde el limite proporcional al B no solo alcanza a valores muy largos, si no que fundamentalmente es recuperable en el tiempo, por lo que a este punto del diagrama se lo denomina limite elstico o aparente o superior de fluencia.3) Zona de fluencia o escurrimiento El punto B marca el inicio de oscilaciones o pequeos avances y retrocesos de la carga con relativa importante deformacin permanente del material. Las oscilaciones en este periodo denotan que la fluencia no se produce simultanea mente en todo el material, por lo que las cargas se incrementan en forma alternada, fenmeno que se repite hasta el escurrimiento es total y nos permite distinguir los limites superiores de luencia. El limite elstico aparente puede alcanzar valores de hasta el 10 al 15 % mayores que el limite final de fluencia.4) Zona de alargamiento homogneo en toda la probeta.Ms all del punto final de fluencia C, las cargas vuelven a incrementarse y los alargamientos se hacen ms notables, es decir que ingresa en el perodo de las grandes deformaciones, las que son uniformes en todas las probetas hasta llegar a D, por disminuir, en igual valor en toda la longitud del material, la dimensin lineal transversal. El final de perodo de alargamiento homogneo queda determinado por la carga mxima, a partir de la cual la deformacin se localiza en una determinada zona de la probeta, provocando un estrechamiento de las secciones que la llevan a la rotura, al perodo DE se lo denomina de estriccin. En la zona plstica se produce, por efecto de la deformacin, un proceso de endurecimiento, conocido con el nombre de acritud , que hace que al alcanzar el esfuerzo la resistencia del metal, ste al deformarse adquiere ms capacidad de carga, lo que se manifiesta en el grfico hasta el punto D.5) Zona de estriccinEn el perodo de estriccin, la acritud, si bien subsiste, no puede compensar la rpida disminucin de algunas secciones transversales, producindose un descenso de la carga hasta la fractura.

PROBETAS PARA TRACCION

Las probetas para los ensayos de traccin pueden ser: industriales o calibradas; estas ltimas, se emplean en experiencias ms rigurosas y adoptan formas perfectamente cilndricas o prismticas, con extremos ensanchados, no solo para facilitar su sujecin en la mquina de ensayo, sino para asegurar la rotura dentro del largo calibrado de menor seccin; en la cual se marcan los denominadosPuntos fijos de referencia a una distancia inicial preestablecida (lo), que permitir despus de la fractura, juntando los trozos, determinar la longitud final entre ellos (L). Estos hechos han motivado la normalizacin de la longitud inicial, estipulndose que dos o ms ensayos pueden compararse en sus alargamientos, si las probetas son geomtricamente semejantes, lo que se logra cuando lo es proporcional al dimetro o raz cuadrada de la seccin. O sea que los ensayos sobre probetas distintas resultan comparables si se cumple que la ley de semejanza:

MAQUINA DE ENSAYOLa siguiente es una foto de la maquina utilizada Para realizar el ensayo de traccin, en la cual Vemos el dial que nos marca la cargas , el diagramador y el sistema donde se realiza el ensayo con la probeta colocada.

MODO Y TIEMPO DE APLICACION DE LAS CARGASLa carga debe aplicarse de tal manera que el esfuerzo resulte uniformemente destruido sobre la seccin transversal del material.

Tratndose de ensayos estticos el incremento de carga se efecta en forma muy lenta, para evitar los efectos de las fuerzas de inercia, velocidad que se fija segn las normas y materiales, adoptndose generalmente una variacin de 0,1 Kgf/mm y por segundo aproximadamente hasta alcanzar el limite de fluencia, a partir del cual puede llegarse como mximo a 50 Kgf/mm por minuto. Resulta de gran importancia la velocidad de la aplicacin de la carga de ensayo, pues su incremento produce un retraso en la aparicin de las deformaciones plsticas y un aumento de la resistencia del material. Si las cargas se aplican en forma extremadamente lentas se obtiene una disminucin del limite de fluencia y un aumento De la resistencia, aunque a expensas de la ductilidad, que disminuye considerablemente.

DETERMINACIONES A EFECTUAR EN UN ENSAYO DE TRACCION ESTATICOEl ensayo de traccin es el que mejor define las propiedades mecnicas de los metales sometidos a la accin de cargas estticas.Estas propiedades quedan determinadas si se calcula la aptitud del material a resistirLas cargas que le pueden ser aplicadas(propiedades de resistencia) y las deformaciones que experimente por la accin de stas (propiedades de deformaciones).Propiedades Mecnicas De Resistencia:Del grfico de ensayo pueden determinarse los valores de las cargas a los limites proporcionales y de fluencia y la que corresponde a la mxima, que permiten calcular las tensiones convencionales que fijan las propiedades de resistencia. Propiedades Mecnicas De Deformabilidad:Alargamiento De Rotura: si antes de comenzar las experiencias se marcan sobre la probeta, en una generatriz o recta, los puntos de referencia de acuerdo con la norma aplicada (Lo) despus del ensayo, juntando los trozos, es factible medir la distancia que los separa (L), de modo que el alargamiento total

ENSAYO DE TRACCIONOBJETIVOS Hallar la resistencia mxima. Hallar la resistencia de fluencia. Determinar la ductilidad. Determinar la fragilidad.PROCEDIMIENTO Cortar la barra de acero corrugado y liso en dimensiones de 13 cm. Esmerilar los trozos de metal con una inclinacin de 30, y en el centro del trozo del metal de 3 mm de dimetro. Soldar las dos primeras partes con supercito. Soldar las dos segundas partes con cellocord. Dejar sin soldar una barra. Este procedimiento se va ha repetir para una barra corrugada y para la barra lisa de aceros Arequipa. Se dejara enfriar. Llevar a tornear. Llevar a la maquina de traccin para realizar el ensayo.

PROBETA DE ACERO

CELLOCORD CORRUGADO

El ensayo de traccin no fue lo esperado gracias a que cuando se soldo , su soldadura en el electrodo estaba hmedo lo que ha ocasionado burbujas de aire lo que ha ocasionado que su traccin sea menor a la esperada pero esta es bien tomada con fines de trabajos no ptimos en la practica estos valores son reales ya que siempre va ha ocurrir descuidos lo que ocasionara una mala soldadura.CELLOCORD LISO

El ensayo de traccin no fue lo esperado gracias a que cuando se soldo , su soldadura en el electrodo estaba hmedo lo que ha ocasionado burbujas de aire lo que ha ocasionado que su traccin sea menor a la esperada pero esta es bien tomada con fines de trabajos no ptimos en la practica estos valores son reales ya que siempre va ha ocurrir descuidos lo que ocasionara una mala soldaduraSUPERSITO CORRUGADO

La resistencia de traccin en el supercito es menor que la que ocasiona el cellocord , aunque estos datos son relativamente confiables ya que al tener el supercito mayor porcentaje de carbono este se ve con mas poros.SUPERCITO LISO

CORRUGADO SIN SOLDADURA

Comentario:

LISO SIN SOLDADURA

CONCLUSIONES Se concluye que el punto de rotura de todos los materiales ensayados se dio despus de darse el esfuerzo mximo y con un esfuerzo menor a este.

Se concluye que cuando los materiales llegan a su punto de fluencia, es ah donde ellos logran deformarse rpidamente sin necesidad de aumentarle la carga.

Se concluye que los materiales ensayados cumplen con la Ley de Hooke hasta un cierto punto el cual denominaremos limite elstico.

Se concluye que los materiales en los que se ensayaron llegan a tener una recuperacin elstica luego de la rotura, ya que se nota una gran irregularidad al querer unir las partes de la probeta por la zona de la rotura.