Deformación, Efecto de Entalladura, Fractura - PDF

DEFORMACIÓN. EFECTO Comparando la resistencia de ambos materiales llegamos a la conclusión de que los ideales serán ENTALLADURA. má...

DEFORMACIÓN. EFECTO Comparando la resistencia de ambos materiales llegamos a la conclusión de que los ideales serán ENTALLADURA. más resistentes al no presentar imperfecciones. DEFORMACIONES. FRACTURA. DEF. ELÁSTICA. DEF. PLÁSTICA. DEF. VISCOSAS. La ciencia de los materiales estudia los mecanismos de deformación. El análisis de estos DEFORMACIÓN ELÁSTICA. nos lleva a analizar la estructura atómica, los enlaces y energía de enlace y el estado sólido de En este tipo de deformación, al retirar la carga el los materiales. sólido vuelve a su posición original. Además, la deformación se incrementa con la carga. Con respecto a la estructura cristalina de los sólidos, nos podemos encontrar con un En los materiales elásticos ideales la relación es ordenamiento de corto o largo alcance. El de lineal. corto alcance es una celda unitaria sin DEFORMACIONES PLÁSTICAS. solicitaciones actuantes. Esto es un cubo formado en los enlaces (cúbica centrada en el cuerpo o en Estas deformaciones son irreversibles al retirar la las caras). En cambio, el ordenamiento de largo carga externa. alcance se corresponde con la unión de cubos. En materiales plástico-ideales no hay deformación Todo lo que modifica la microestructura hasta llegar a un valor crítico umbral, alcanzado el (cantidades, velocidad de enfriamiento, etc.), cual se deforma hasta un valor fijo. modifica las propiedades. DEFORMACIONES VISCOSAS. CONCEPTOS. Asemejan el comportamiento del sólido al de un MATERIALES IDEALES. MATERIALES REALES. fluido de alta viscosidad. Se da en los metales por encima de la temperatura equicohesiva Un material ideal es aquel cuya red cristalina es (fenómenos a estudiar en creep). perfecta. Esto significa que no le falta ningún átomo, no presenta defectos ni alteraciones, etc. Estas deformaciones son en función del tiempo. Este tipo de materiales no existen en la vida real ENERGÍA DE ENLACE. FUERZAS DE ENLACE. pero el concepto es muy útil para el estudio y ELASTICIDAD. desarrollo de la ciencia de los materiales. La naturaleza del enlace primario puede ser Por otro lado, los materiales que no cumplan con iónico, covalente o metálico. lo anterior se los denomina reales. Estos presentan imperfecciones o defectos. La energía de enlace varía con la temperatura. A mayor temperatura menor energía. La mayor diferencia entre materiales ideales y reales es la presencia de dislocaciones en el real Las fuerzas de enlace tienen leyes de variación (defecto en la red cristalina). características. Los parámetros elásticos constitutivos varían cuando esas leyes se alteran. 𝜎𝑟𝑒𝑎𝑙 ≪ 𝜎𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 Al variar las distancias entre átomos, en la Las imperfecciones en la red cristalina se clasifican deformación elástica no hay constancia de en: volumen. Defectos puntuales. Defectos lineales. Defectos superficiales. MATERIALES I PLASTICIDAD. TENSIONES TANGENCIALES. FRACTURA. Al aumentar la carga exterior, crecerá la MICROMECANISMOS. TEORÍA DE OROWAN. componente de corte hasta que: CRITERIO DE GRIFFITH. TEORÍA DE IRWING. TIPOS. TENACIDAD DE FRACTURA. 1. Rompa el enlace (estructuras iónicas y covalentes). La fractura es la separación física de un cuerpo en 2. Deslicen los planos cristalinos más favorables dos partes, con la formación de nuevas hasta nuevas posiciones de equilibrio superficies. Se produce por rotura de los enlaces (deformación permanente). bajo la acción de solicitaciones. Tensión crítica de cizallamiento: cuando en los Existen muchos mecanismos que conducen a la planos más favorables la tensión de corte llega al fractura y ellos dependen de: valor crítico comienzan las deformaciones plásticas. Naturaleza del material (microestructura, tipo de enlaces, defectos). DEFORMACIONES PLÁSTICAS EN LOS MATERIALES Tipo de solicitación aplicada. IDEALES. Temperatura a la que se produce. Velocidad de aplicación de las solicitaciones En los sólidos ideales el micromecanismo que y las deformaciones. produce las deformaciones plásticas es el maclado. Éste está asociado al deslizamiento TENACIDAD sobre los planes de mayor densidad atómica, donde los átomos se mueven en proporción a la La tenacidad es la capacidad de un material de distancia al plano de la macla (cristales deformarse plásticamente y absorber energía intercrecidos de manera simétrica). antes y durante la rotura. DEFORMACIONES PLÁSTICAS EN LOS MATERIALES La calificación de frágil o dúctil se aplica a los REALES. materiales y a las fracturas, según que estos estén caracterizados por baja y alta tenacidad, En los sólidos reales el micromecanismo que respectivamente. produce las deformaciones plásticas son las dislocaciones (defectos lineales). El La fractura dúctil está precedida de una gran desplazamiento de éstas con menores fuerzas deformación plástica. En los metales presenta una genera la deformación. estructura fibrosa en la superficie de fractura. El micro mecanismo de fractura es la coalescencia Por otro lado, el endurecimiento por deformación de microhuecos generados alrededor de plástica en frío se produce por dislocaciones que partículas que no acompañan la deformación de se desplazan hasta el límite de grano trabándose la matriz. y requiriendo una mayor fuerza de carga para destrabarse. La fractura frágil es repentina, con poca o casi nula deformación plástica previa. En los metales Hay dos maneras de que se traben las tiene un aspecto granular. El micromecanismo de dislocaciones: fractura es el clivaje por rotura de enlaces normales al plano de fractura. 1. Las dislocaciones llegan al borde del grano y se traban. 2. Dos dislocaciones se traban antes, formando un nudo. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA. La disminución de la temperatura induce al comportamiento frágil. DEFORMACIÓN. EFECTO DE ENTALLADURA. FRACTURA. | MATERIALES I TIPOS DE FRACTURA. γs= energía necesaria para formar una superficie de fractura. Con un enfoque macroscópico, las fracturas pueden tipificarse según tres formas básicas. c=semi-longitud de la fisura. CRITERIO DE IRWING. Se aplica a materiales elastoplásticos, con plasticidad en pequeña escala. Tipo 1: se produce por esfuerzos de tracción. Es llamada por hendidura o arrancamiento, donde el plano de fractura se propaga perpendicularmente la solicitación. Tipo 2: es por corte. El plano de fractura coincide con el de corte y la fisura se propaga en la dirección de las tensiones. Tipo 3: se debe a esfuerzos de corte por tensión. El plano de fractura coincide con el corte, pero las La tensión remota que produce la fractura σc fisuras se propagan en dirección perpendicular a está dada por la siguiente fórmula: las tensiones. CRITERIO DE OROWAN. 𝐸∙G 𝜎c = √ π∙c Se aplica a materiales ideales. Donde: La resistencia teórica de rotura σT está definida por: E=módulo elástico. G=carece de significado físico pero su valor está 𝐸 ∙ 𝛾𝑚 definido por: 𝜎𝑇 = √ 𝑑 𝐺 = 2 ∙ 𝛾𝑠 + 𝛥𝛾 Donde: (γs=energía superficial del material ideal, Δγ=aumento E=módulo de elasticidad. de la energía consumida en la deformación plástica). γm=tensión superficial/energía superficial. c=semi-longitud de la fisura. D=distancia interatómica. TENACIDAD A LA FRACTURA. CRITERIO DE GRIFFITH. A partir de la relación con G de la Teoría de Irwing definimos un nuevo parámetro: Se aplica a materiales elasto-frágiles. 𝑘𝑐2 = π ∙ c ∙ 𝜎𝑐2 , 𝑘𝑐2 = 𝐺𝑐 ∙ E La tensión remota crítica que produce la fractura σc es: También lo podemos escribir como: 𝑘𝑐 𝑘𝑐2 2 ∙ 𝐸 ∙ 𝛾s 𝜎c = , 𝐺c = 𝜎c = √ √π ∙ c 𝐸 π∙c Donde kc es el valor crítico del factor de intensidad Donde: de tensiones que hace inestable a una fisura de E=módulo elástico. longitud 2c. DEFORMACIÓN. EFECTO DE ENTALLADURA. FRACTURA. | MATERIALES I  CONCENTRACIÓN DE TENSIONES EN UN ORIFICIO EFECTO DE ENTALLADURA. CIRCULAR (KIRSCH). Las piezas reales contienen en general cambios en sus secciones. Las mismas pueden consistir en agujeros, filetes, etc. En las adyacencias de estas alteraciones, se produce una distribución irregular de las deformaciones y el efecto se conoce habitualmente como concentración de tensiones. Los diagramas de esfuerzos y deformaciones atendidos en forma teórica o experimentar coinciden que en la vecindad de orificios o FACTORES DE CONCENTRACIÓN DE TENSIONES. entalladuras existen picos de mayor intensidad. DISTRIBUCIÓN DE TENSIONES. Cuando el material posee un orificio o una entalladura, además del lógico crecimiento en la tensión media debido a la disminución de sección, existe un incremento de las tensiones en los bordes. Estas son mayores que en el resto de la sección neta. INFLUENCIA DE LA DISPOSICIÓN Y ÁNGULO DE LA ENTALLA. 𝑃 𝜎𝑚á𝑥 = 𝑘 ∙ 𝐴𝑒𝑓 Donde: Aef=área efectiva. K=factor de concentración de tensiones. El valor de k depende exclusivamente de la geometría de la pieza, principalmente de: La forma de la entalla. La dimensión de la entalla. El radio de curvatura del fondo de la entalla. DEFORMACIÓN. EFECTO DE ENTALLADURA. FRACTURA. | MATERIALES I