Curva tensión-deformación | Diagrama tensión-deformación

La curva tensión-deformación es una herramienta fundamental en el estudio de los materiales y sus propiedades mecánicas. A través de este diagrama, es posible visualizar y analizar cómo un material se deforma y responde bajo la aplicación de fuerzas. En este artículo, exploraremos a fondo la curva tensión-deformación y su importancia en la ingeniería y ciencia de materiales. ¡Descubre todo lo que necesitas saber sobre este fascinante concepto!

Para estudiar el comportamiento de cualquier material sometido a tensión, es posible relacionar la tensión con la deformación mientras se aumenta gradualmente la tensión. La gráfica entre tensión y deformación se llama curva tensión-deformación.


Curva tensión-deformación | Diagrama tensión-deformaciónCurva tensión-deformación | Diagrama tensión-deformación

Curva tensión-deformación

Si dibujamos una gráfica tensión-deformación al aplicar una carga a un cuerpo, la curva tensión-deformación anterior representa el comportamiento del cuerpo con respecto a la carga aplicada (tome la tensión en el eje Y y la deformación en el eje X). .)

Hay dos comportamientos de los metales, en este caso como se muestra en el diagrama de arriba.

  • Comportamiento elástico: El cuerpo recupera su forma original cuando se retira la carga.
  • Comportamiento plásticor: Se producen deformaciones permanentes (sin fuerzas restauradoras).

Dado que la curva se divide en cinco áreas como se indica en la curva como se muestra en el diagrama anterior. Ellos son

OA: límite proporcional

En el diagrama tensión-deformación anterior, la curva oA representa la Límite proporcional.

obedece Ley de Hook. La tensión es directamente proporcional al estiramiento.

Cuando se retira la carga, el material vuelve a su forma original.

AB: región elástica

Diagrama tensión-deformación o curva en h…

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En esta zona esto no obedece a la ley de Hook, sin embargo el material en esta zona sigue siendo elástico.

Esto significa que el material puede recuperar su forma original cuando se retira la carga aplicada. pero no proporcional.

Punto b Se llama Límite elástico.

BC: límite elástico

Donde en el diagrama tensión-deformación la trayectoria BC representa el límite elástico, el cuerpo absorbe la deformación permanentemente sin que la tensión aumente. Esta tensión se llama límite elástico.

CD: Estrés definitivo

Desde el punto de fluencia (C) hasta el punto de tensión límite, un pequeño aumento en la tensión provoca una mayor deformación.

Esta es la carga máxima que debe soportar el material antes de romperse o fallar.

E: Punto de ruptura/fractura

Si la carga aplicada supera el esfuerzo máximo (capacidad de carga máxima del material) y el esfuerzo no aumenta, la carrocería fallará en ese punto. A esto se le llama punto de quiebre o punto de quiebre.

Mira la curva entre D y E. El voltaje disminuye después del punto D. y en el punto E este cuerpo comienza a romperse.

Ensayo de tracción y curva técnica tensión-deformación.

El ensayo de tracción se utiliza, entre otras cosas, para evaluar la resistencia y rigidez de metales y aleaciones. En esta prueba, se tira de una muestra de metal a una velocidad constante en un tiempo relativamente corto hasta que se rompe.

Curva tensión-deformación | Diagrama tensión-deformación
Esquema de la máquina de ensayo de tracción.

La figura anterior muestra esquemáticamente cómo se prueba la tensión de la muestra. La fuerza (carga) sobre la muestra a analizar se mide mediante la celda de carga, mientras que la deformación se determina mediante el extensómetro conectado a la muestra y los datos se recopilan en un paquete de software controlado por computadora.

Los tipos de probetas utilizadas para los ensayos de tracción varían considerablemente. Para metales con una sección transversal gruesa, como Por ejemplo, para placas, comúnmente se usa una muestra redonda de 0,50 pulgadas de diámetro, como se muestra en la siguiente figura.

Curva tensión-deformación | Diagrama tensión-deformación
Muestra de prueba de tracción redonda de 2 pulgadas. Longitud de medición

Para metales con secciones transversales más delgadas, como láminas de metal, en la siguiente ilustración se utiliza una muestra plana. Un 2 pulgadas. La longitud calibrada dentro de la muestra es la longitud calibrada más comúnmente utilizada para ensayos de tracción.

Curva tensión-deformación | Diagrama tensión-deformación
Muestra de ensayo de tracción rectangular de 2 pulgadas. Longitud de medición

Los datos de fuerza obtenidos del papel cuadriculado de prueba de tracción se pueden convertir en datos de tensión de ingeniería normal, y se puede construir una gráfica de tensión de ingeniería normal versus deformación de ingeniería normal. La siguiente figura muestra un diagrama de ingeniería de tensión-deformación para una aleación de aluminio de alta resistencia.

Curva tensión-deformación | Diagrama tensión-deformación
Curva tensión-deformación para una aleación de aluminio de alta resistencia.

Datos sobre propiedades mecánicas del ensayo de tracción y del diagrama técnico tensión-deformación.

Las propiedades mecánicas de los metales y aleaciones que son de importancia técnica para el diseño estructural y que pueden determinarse a partir de ensayos técnicos de tracción son:

  1. módulo de elasticidad
  2. Fuerza de rendimiento en 0,2% compensada
  3. Resistencia a la tracción
  4. Alargamiento de rotura en porcentaje
  5. Reducción porcentual del área de fractura
  6. módulo de elasticidad
  7. Dureza (estática)

1. Módulo de elasticidad

En la primera parte del ensayo de tracción, el metal se deforma elásticamente. Esto significa que cuando se elimina la carga sobre la muestra, la muestra vuelve a su longitud original. Para los metales, la deformación elástica máxima es pequeña, normalmente inferior al 0,5% (0,005).

En general, los metales y aleaciones muestran una relación lineal entre tensión y deformación en la región elástica del diagrama tensión-deformación de ingeniería, que se describe mediante la ley de Hooke:

Esfuerzo (σ) = E × Deformación (ϵ)

E = tensión (σ) / deformación (ϵ)

Donde E es el módulo de elasticidad o módulo de elasticidad y las unidades son psi o Pa.


El módulo de Young es una medida de la rigidez o rigidez (resistencia a la deformación elástica) del metal y está relacionado con la fuerza de unión entre los átomos de un metal o aleación. La siguiente tabla enumera los módulos elásticos de algunos metales base.

material módulo de elasticidad
106 psi (GPa)
aleaciones de aluminio 10,5 (72,4)
cobre 16,0 (110)
Acero (carbono simple y baja aleación) 29,0 (200)
Acero inoxidable (18-8) 28,0 (193)
titanio 17.0 (117)
tungsteno 58,0 (400)

Los metales con módulos de elasticidad elevados son relativamente rígidos y no pueden deformarse elásticamente fácilmente. Los aceros, por ejemplo, tienen valores elevados de módulo elástico de 30 × 106 psi (207 GPa),7 mientras que las aleaciones de aluminio tienen módulos elásticos más bajos de aproximadamente 10 a 11 × 106 psi (69 a 76 GPa). Tenga en cuenta que en la región elástica del diagrama tensión-deformación, el módulo no cambia al aumentar la tensión.

2. Límite elástico

El límite elástico (YS o σj) es un valor muy importante en el diseño de estructuras estructurales, ya que es la tensión a la que un metal o aleación muestra una deformación plástica significativa. Dado que no hay un punto claro en la curva tensión-deformación donde termina la deformación elástica y comienza la deformación plástica, el límite elástico se elige como el esfuerzo en el que se observa una deformación particular.

Para el diseño estructural estadounidense, el límite elástico se elige como el valor de la tensión cuando se ha producido una deformación plástica del 0,2%, como se indica en el diagrama de tensión-deformación de ingeniería de la figura siguiente. El límite elástico del 0,2%, también llamado límite elástico compensado del 0,2%, se determina a partir del diagrama de tensión-deformación de ingeniería, como se muestra en la siguiente figura.


Curva tensión-deformación | Diagrama tensión-deformación
Curva tensión-deformación para una aleación de aluminio de alta resistencia (ampliada para incluir el componente lineal)

Primero, se traza una línea paralela a la porción elástica (lineal) del diagrama tensión-deformación a 0.002 pulg/pulg. (m/m) Elongación como se muestra en la figura anterior. Luego, en el punto donde esta línea intersecta la parte superior de la curva tensión-deformación, se traza una línea horizontal hacia el eje de tensiones.

El límite elástico con compensación del 0,2% es la tensión en la que la línea horizontal cruza el eje de tensiones y, en el caso de la curva tensión-deformación del diagrama tensión-deformación, el límite elástico es 78.000 psi. Cabe señalar que el límite elástico con una compensación del 0,2% se elige arbitrariamente y, por lo tanto, se podría haber elegido el límite elástico con cualquier otra pequeña cantidad de deformación permanente.

Por ejemplo, en el Reino Unido se utiliza habitualmente un límite elástico compensado del 0,1%.

3. Resistencia máxima a la tracción

La resistencia máxima a la tracción (UTS o σu) es la resistencia máxima alcanzada en la curva tensión-deformación de ingeniería. Cuando uno quiere saber qué metales son más fuertes, generalmente comparan sus resistencias a la tracción. Para metales dúctiles, la muestra desarrolla una disminución local en el área de la sección transversal alrededor del punto UTS (comúnmente conocido como estrechamiento).

Curva tensión-deformación | Diagrama tensión-deformación
Constricción de una muestra redonda de acero inoxidable.

La imagen de arriba muestra las etapas finales del proceso de constricción. Una vez que comienza el proceso de estrechamiento, la curva de tensión-deformación de ingeniería comienza a disminuir hasta que ocurre la falla. La caída en la curva tensión-deformación de ingeniería es el resultado de la reducción real en el área de la sección transversal de la muestra, lo que da como resultado grandes tensiones bajo la misma carga, mientras que la tensión de ingeniería se determina utilizando la sección transversal original. área de la muestra.


En otras palabras: la tensión en la muestra continúa aumentando hasta alcanzar la tensión de rotura. Simplemente porque usamos el área de la sección transversal original para determinar el esfuerzo de ingeniería, el esfuerzo en el diagrama de esfuerzo-deformación de ingeniería disminuye en la última parte de la prueba. Cuanto más dúctil es el metal, más se contrae la muestra antes de la fractura y más disminuye la tensión en la curva tensión-deformación más allá de la tensión máxima.

Para la aleación de aluminio de alta resistencia, cuya curva tensión-deformación se muestra en el diagrama tensión-deformación anterior, la tensión disminuye sólo ligeramente más allá de la tensión máxima porque este material tiene una ductilidad relativamente baja. La resistencia máxima a la tracción de un metal se determina trazando una línea horizontal desde el punto máximo de la curva tensión-deformación hasta el eje de tensiones. La tensión a la que esta línea cruza el eje de tensión se denomina resistencia máxima a la tracción o, a veces, simplemente resistencia a la tracción.

Para la aleación de aluminio del diagrama tensión-deformación, la resistencia máxima a la tracción es 87 000 psi. La resistencia máxima a la tracción rara vez se utiliza en el diseño de aleaciones dúctiles porque se produce demasiada deformación plástica antes de alcanzarla. Sin embargo, la resistencia a la tracción final puede indicar la presencia de defectos. Si el metal tiene porosidad o inclusiones, estos defectos pueden provocar que la resistencia a la tracción del metal sea inferior a lo normal.

4. Alargamiento porcentual

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Ilustración de la carga

La cantidad de alargamiento experimentado por una muestra de tracción durante la prueba proporciona un valor de la ductilidad de un metal. La ductilidad de los metales se expresa más comúnmente como un porcentaje de alargamiento, comenzando con una longitud de calibre de típicamente 2 pulgadas (5,1 cm). En general, cuanto mayor es la ductilidad (cuanto más maleable es el metal), mayor es el porcentaje de alargamiento.

Por ejemplo, una hoja de 0,062 pulgadas. (1,6 mm) de aluminio puro comercial (aleación 1100-0) tiene un alto porcentaje de alargamiento del 35 % cuando está blando, mientras que la aleación de aluminio de alta resistencia 7075-T6 del mismo espesor tiene un porcentaje de alargamiento de sólo el 11 % cuando está completamente duro.


Como se mencionó anteriormente, se puede usar un extensómetro durante las pruebas de tracción para medir continuamente el alargamiento de la muestra que se está probando. Sin embargo, el porcentaje de alargamiento de una muestra después de la fractura se puede medir juntando la muestra fracturada y midiendo el alargamiento final con un calibre. Luego se puede calcular el porcentaje de elongación a partir de la ecuación.

Deformación técnica ϵ (deformación normal) = (l − l0) /l0

Dónde
yo0 = longitud original de la muestra
l = nueva longitud de la muestra después del estiramiento mediante una fuerza de tracción uniaxial.

% alargamiento = alargamiento técnico × 100%

El porcentaje de alargamiento de rotura tiene importancia técnica no sólo como medida de ductilidad, sino también como indicador de la calidad del metal. Si hay porosidad o inclusiones en el metal o si se han producido daños debido al sobrecalentamiento del metal, el porcentaje de alargamiento de la muestra analizada puede caer por debajo de lo normal.

5. Reducción porcentual del área

La ductilidad de un metal o aleación también se puede expresar como un porcentaje de reducción de área. Esta cantidad normalmente se determina a partir de una prueba de tracción en una muestra de 0,50 pulgadas (12,7 mm) de diámetro. Después de la prueba, se mide el diámetro de la sección transversal reducida en la fractura. Utilizando las medidas del diámetro inicial y final, el porcentaje de reducción del área se puede determinar a partir de la ecuación

% de reducción de área = área inicial − área final/área inicial × 100%

% de reducción de área = A0 − UNF /A0× 100%

El porcentaje de reducción de área, al igual que el porcentaje de elongación, es una medida de la ductilidad del metal y también un indicador de calidad. La reducción porcentual del área se puede reducir si hay defectos tales como inclusiones y/o porosidad en la muestra de metal.

6. Módulo de resistencia

El módulo elástico URes la cantidad de energía absorbida por un material cargado inmediatamente antes de ceder. Una vez retirada la carga, esta energía se recupera por completo. Esta propiedad se puede determinar calculando el área bajo la parte elástica lineal del diagrama tensión-deformación de ingeniería usando la siguiente ecuación.

Ud.R = 1/2σj εj

Las unidades de módulo elástico se dan en energía por unidad de volumen.

Y/m3 o Nm/m3 (lb·pulg/pulg3) o N/m2 (libras/pulg.2)

7. Dureza

El módulo de tenacidad se utiliza para describir una combinación de comportamiento de resistencia y ductilidad. Los materiales con alta resistencia y ductilidad son más resistentes que aquellos con menor resistencia y/o ductilidad. El módulo de tenacidad se determina calculando el área bajo toda la curva tensión-deformación. Se puede definir el módulo de tenacidad como la cantidad de energía por unidad de volumen requerida para causar que una muestra se fracture en una prueba de tracción.

Resolvamos un problema de ejemplo para calcular el módulo de elasticidad U.R y la tenacidad del material a partir de un diagrama tensión-deformación dado.

Problema de ejemplo para calcular el módulo elástico y la tenacidad.

Planteamiento del problema: Para el diagrama tensión-deformación especificado, determine el módulo elástico UR y la dureza del material.

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Curva tensión-deformación, por ejemplo, problema.

El módulo elástico Ur es igual al área bajo la región elástica lineal del diagrama tensión-deformación. Esta área puede estimarse mediante el módulo de la ecuación de elasticidad antes mencionado.

Con base en el gráfico anterior, el límite elástico σy se puede estimar en 77,000 psi y el límite elástico σy en 0.008.

Ud.R = 1/ 2σj εj
Ud.R = 1/2 (77.000 psi) (0,008)
Ud.R = 0,3 × 1000 psi
Ud.R = 300 psi

La tenacidad de los materiales se puede estimar midiendo el área bajo toda la curva tensión-deformación.

Si se estima que el número total de cuadrados blancos bajo la curva tensión-deformación es 32 cuadrados y se sabe que el área de cada cuadrado es 200 psi (10 000 × 0,02), se puede estimar que el área blanca es 6400 psi.

Por lo tanto, se estima que el área total o tenacidad del material es 6700 psi o (lb.in.)/in.3 (300 + 6400). Este valor representa la cantidad de energía por unidad de volumen necesaria para fracturar una muestra bajo tensión estática.

El porcentaje de reducción de área, al igual que el porcentaje de elongación, es una medida de la ductilidad del metal y también un indicador de calidad. La reducción porcentual del área se puede reducir si hay defectos tales como inclusiones y/o porosidad en la muestra de metal.

Comparación de curvas técnicas tensión-deformación para aleaciones seleccionadas

Curva tensión-deformación | Diagrama tensión-deformación
Ingeniería de curvas tensión-deformación para metales y aleaciones de uso común.

Arriba se muestran las curvas técnicas de tensión-deformación para metales y aleaciones seleccionados. La aleación de un metal con otros metales o no metales y el tratamiento térmico pueden afectar en gran medida la resistencia a la tracción y la ductilidad de los metales.

Las curvas tensión-deformación para diferentes metales y aleaciones muestran grandes diferencias en la resistencia a la tracción.

El magnesio elemental tiene un UTS de 35 ksi (1 ksi = 1000 psi), mientras que a 700 °F (370 °C) el acero SAE 1340 templado con agua tiene un UTS de 240 ksi.

Diploma

Hemos analizado qué es una curva tensión-deformación en ingeniería y cómo se deriva de las pruebas de tracción. Además, se resolvió un problema de ejemplo para calcular la tenacidad y el módulo elástico a partir de la curva tensión-deformación. Los datos de propiedades mecánicas del ensayo de tracción y la curva tensión-deformación. También se proporciona la curva técnica tensión-deformación para los metales y aleaciones comúnmente utilizados. Otros temas relacionados bajo estrés incluyen los siguientes

  1. Tensión técnica y carga técnica.
  2. Esfuerzos principales y planos principales.
  3. Esfuerzo torsional
  4. carga de estrés
  5. Esfuerzo de flexión
  6. Esfuerzo cortante
  7. Concentración de estrés
  8. Métodos para reducir la concentración de estrés.

Háganos saber lo que piensa sobre este artículo en la sección de comentarios a continuación.

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Curva de esfuerzo-deformación

Si dibujamos un gráfico entre el esfuerzo y la deformación mientras aplicamos una carga sobre un cuerpo, la curva de esfuerzo-deformación representa el comportamiento del cuerpo con respecto a la carga aplicada. (Tomar el esfuerzo en el eje Y y la deformación en el eje X).

Existen dos comportamientos de los metales, en este caso, como se representa en el diagrama anterior, son:

  1. Comportamiento elástico: el cuerpo recupera su forma original cuando se elimina la carga.
  2. Comportamiento plástico: se produce una deformación permanente (sin fuerzas de restauración).

La curva se divide en cinco regiones, como se indica en el diagrama:

O-A: Límite proporcional

En el diagrama de esfuerzo-deformación anterior, la curva O-A representa el límite proporcional. Se cumple la ley de Hooke. El esfuerzo es directamente proporcional a la deformación.

El material recupera su forma original cuando se elimina la carga.

A-B: Región elástica

En esta región, no se cumple la ley de Hooke, sin embargo, el material sigue siendo elástico en esta región. Esto significa que el material puede recuperar su forma original cuando se elimina la carga, pero no de manera proporcional. El punto B se llama límite elástico.

B-C: Tensión de cedencia

En el diagrama esfuerzo-deformación, el tramo B-C representa la tensión de cedencia, donde el cuerpo experimenta una deformación permanente sin un aumento significativo del esfuerzo. Este punto se conoce como punto de cedencia.

C-D: Tensión última

A partir del punto de cedencia (C) hasta el punto de tensión última, un pequeño aumento en el esfuerzo causa más deformación. Esta es la tensión máxima que el material debe soportar antes de romperse o fallar.

E: Punto de ruptura

Si la carga aplicada cruza la tensión última (capacidad máxima de carga del material) sin un aumento en el esfuerzo, el cuerpo se romperá en este punto. Esto se conoce como punto de ruptura.

Observa la curva entre los puntos D y E. El esfuerzo disminuye después del punto D y en el punto E, el cuerpo comienza a romperse.

Prueba de tensión y curva de esfuerzo-deformación

La prueba de tensión se utiliza para evaluar la resistencia y rigidez de los metales y aleaciones, entre otras propiedades. En esta prueba, una muestra de metal se somete a una carga hasta que se rompe en un tiempo relativamente corto a una velocidad constante.

La figura anterior ilustra de manera esquemática cómo se realiza la prueba de tensión en una muestra. La fuerza (carga) sobre la muestra que se está probando se mide mediante la celda de carga, mientras que la deformación se obtiene del extensómetro colocado en la muestra y los datos se recopilan en un software controlado por computadora.

Los tipos de muestras utilizadas para la prueba de tensión varían considerablemente. Para metales con una sección transversal gruesa, como una placa, se utiliza comúnmente una muestra redonda de 0.50 pulgadas de diámetro, como se muestra en la siguiente figura.

Muestra de prueba de tensión redonda con una longitud de agarre de 2 pulgadas

Para metales con secciones transversales más delgadas, como láminas, se utiliza una muestra plana, como se muestra en la siguiente figura. Una longitud de agarre de 2 pulgadas dentro de la muestra es la longitud de agarre más comúnmente utilizada para las pruebas de tensión.

Muestra de prueba de tensión rectangular con una longitud de agarre de 2 pulgadas

Los datos de fuerza obtenidos de la gráfica de papel para la prueba de tensión se pueden convertir en datos de esfuerzo ingenieril normalizado, y se puede construir un gráfico de esfuerzo ingenieril normalizado versus deformación ingenieril normalizada. La siguiente figura muestra un diagrama de esfuerzo-deformación ingenieril para una aleación de aluminio de alta resistencia.

Curva de esfuerzo-deformación para una aleación de aluminio de alta resistencia

Datos de propiedades mecánicas obtenidos de la prueba de tensión y la curva de esfuerzo-deformación ingenieril

Las propiedades mecánicas de los metales y aleaciones que son importantes para el diseño estructural y que se pueden obtener a partir de la prueba de tensión ingenieril son:

  1. Módulo de elasticidad
  2. Esfuerzo de cedencia con una deformación del 0.2% offset
  3. Esfuerzo último
  4. Elongación porcentual en la fractura
  5. Reducción porcentual del área en la fractura
  6. Módulo de resiliencia
  7. Tenacidad (estática)

1. Módulo de elasticidad

En la primera parte de la prueba de tensión, el metal se deforma elásticamente. Es decir, si se libera la carga sobre la muestra, la muestra volverá a su longitud original. Para los metales, la deformación elástica máxima es pequeña y generalmente es inferior al 0.5% (0.005).

En general, los metales y aleaciones muestran una relación lineal entre el esfuerzo y la deformación en la región elástica del diagrama de esfuerzo-deformación ingenieril, que se describe mediante la ley de Hooke:

Es esfuerzo (σ) = E × deformación (ϵ)

E = Esfuerzo (σ) / Deformación (ϵ)

Donde E es el módulo de elasticidad o módulo de Young y las unidades son psi o Pa.

El módulo de elasticidad es una medida de la rigidez o rigidez (resistencia a la deformación elástica) del metal y está relacionado con la fuerza de enlace entre los átomos en un metal o aleación. La siguiente tabla muestra los módulos de elasticidad para algunos metales comunes.

2. Esfuerzo de cedencia

El esfuerzo de cedencia (YS o σy) es un valor muy importante para su uso en el diseño estructural de ingeniería, ya que es el esfuerzo en el que un metal o aleación muestra una deformación plástica significativa. Dado que no hay un punto definido en la curva esfuerzo-deformación donde la deformación elástica termina y la deformación plástica comienza, se elige el esfuerzo de cedencia como el esfuerzo en el que se observa una cantidad específica de deformación. Para el diseño estructural de ingeniería en los Estados Unidos, se elige el esfuerzo de cedencia como el valor de esfuerzo cuando se ha producido una deformación plástica del 0.2%, como se indica en el diagrama de esfuerzo-deformación ingenieril. El esfuerzo de cedencia del 0.2% o esfuerzo de cedencia con un 0.2% de offset se calcula a partir del diagrama de esfuerzo-deformación ingenieril y se muestra en el diagrama de abajo.

Curva de esfuerzo-deformación para una aleación de aluminio de alta resistencia (extendida para la parte lineal)

Primero, se traza una línea paralela a la parte elástica (lineal) del gráfico de esfuerzo-deformación a una deformación de 0.002 in./in. (m/m), como se indica en el diagrama anterior. Luego, en el punto donde esta línea se cruza con la parte superior de la curva de esfuerzo-deformación, se traza una línea horizontal hasta el eje de esfuerzo.

El esfuerzo de cedencia del 0.2% es el esfuerzo en el que la línea horizontal se cruza con el eje de esfuerzo, y en el caso de la curva de esfuerzo-deformación del diagrama de esfuerzo-deformación, el esfuerzo de cedencia es de 78,000 psi. Vale la pena señalar que el esfuerzo de cedencia del 0.2% se elige arbitrariamente, por lo que se podría haber elegido el esfuerzo de cedencia a cualquier otra pequeña cantidad de deformación permanente. Por ejemplo, en el Reino Unido, se utiliza comúnmente un esfuerzo de cedencia del 0.1% de offset.

3. Esfuerzo último

La resistencia última a la tracción (UTS o σu) es la resistencia máxima alcanzada en la curva de esfuerzo-deformación ingenieril. Cuando se desea saber qué metales son más resistentes, generalmente se comparan las resistencias últimas a la tracción. Para los metales dúctiles, la muestra desarrolla una disminución localizada en el área de la sección transversal alrededor del punto de resistencia última (comúnmente llamada estrangulamiento). El punto de resistencia última se muestra en el diagrama de esfuerzo-deformación ingenieril.

4. Elongación porcentual en la fractura

La cantidad de alargamiento que sufre una muestra de tensión durante la prueba proporciona un valor para la ductilidad de un metal. La ductilidad de los metales se expresa más comúnmente como porcentaje de elongación, a partir de una longitud de calibre generalmente de 2 pulgadas (5,1 cm). En general, cuanto mayor es la ductilidad (más deformable es el metal), mayor es el porcentaje de elongación.

Por ejemplo, una lámina de aluminio fino de 0.062 pulgadas (1.6 mm) en la condición suave de la aleación de aluminio puro comercial (aleación 1100-0) tiene un alto porcentaje de elongación del 35%, mientras que el mismo espesor de la aleación de aluminio de alta resistencia 7075-T6 en la condición completamente dura tiene un porcentaje de elongación del solo 11%.

5. Reducción porcentual del área en la fractura

La ductilidad de un metal o aleación también se puede expresar en términos de la reducción porcentual del área. Esta cantidad generalmente se obtiene de una prueba de tensión utilizando una muestra de 0,50 pulgadas (12,7 mm) de diámetro. Después de la prueba, se mide el diámetro de la sección transversal reducida en la fractura. Utilizando las medidas de los diámetros inicial y final, se puede determinar la reducción porcentual del área utilizando la siguiente ecuación. La reducción porcentual del área, al igual que el porcentaje de elongación, es una medida de la ductilidad del metal y también es un índice de calidad.

6. Módulo de resiliencia

El módulo de resiliencia, Ur, es la cantidad de energía absorbida por un material cargado justo antes de que se produzca la cedencia. Esta energía se recupera por completo una vez que se retira la carga. Esta propiedad se puede determinar calculando el área bajo el rango elástico lineal del diagrama de esfuerzo-deformación ingenieril utilizando la siguiente ecuación.

Ur = 1/2 σy εy

Las unidades del módulo de resiliencia serán en términos de energía por unidad de volumen.

7. Tenacidad

El módulo de tenacidad se utiliza para describir una combinación de comportamientos de resistencia y ductilidad. Los materiales con alta resistencia y ductilidad serán más resistentes que aquellos con menor resistencia y/o ductilidad. El módulo de tenacidad se determina calculando el área bajo la curva completa de esfuerzo-deformación. Uno puede definir el módulo de tenacidad como la cantidad de energía por unidad de volumen necesaria para llevar una muestra a la fractura en una prueba de tensión.

Espero que esta información te haya sido útil para comprender la curva de esfuerzo-deformación y cómo se obtienen los datos de propiedades mecánicas de la prueba de tensión. Si tienes alguna pregunta adicional, no dudes en hacerla en la sección de comentarios.

Referencias:

  1. NDE-ED.org – Stress-Strain Concepts
  2. NDE-ED.org – Stress-Strain Curves
  3. NDE-ED.org – Modulus of Elasticity

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