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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA
EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGÍA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN: COL - SEDE: CIUDAD OJEDA
ELABORADO POR:
Molleja Yulianis
Ciudad Ojeda, Febrero del 2017
Realiza un resumen sobre esta unidad referente a:
1. Deformación elástica.
2. Bases atómicas del comportamiento elástico.
3. Deformación Plástica de los materiales. (Trabajo enfrío).
4. Fracturas: Dúctil, frágil y fatiga.
1. Deformación elástica
elasticidad : Capacidad que posee un cuerpo de resistir una fuerza que lo
deforma presionándolo o estirándolo, recuperando éste la antigua forma al
cesar dicha fuerza.
Deformación elástica: Es el cambio temporal de forma producido por una
fuerza mecánica dentro del límite elástico (proporcional) del material bajo
presión, recuperándose la forma y dimensión originales al eliminar la fuerza
deformante. La fuerza, al estar por debajo del límite proporcional, hace que los
átomos del enrejado cristalino se desplacen sólo en valores tales que, al
disminuir aquélla, vuelvan a su posición original.
Al valor máximo de la fuerza aplicada para el que la deformación es elástica se
le denomina límite elástico y es de gran importancia en el diseño mecánico, ya
que en la mayoría de aplicaciones es éste y no el de la rotura, el que se adopta
como límite de servicio, pues una vez superado aparecen deformaciones
plásticas (remanentes tras retirar la carga) de mayor magnitud que las elásticas
comprometiendo la funcionalidad de los elementos mecánicos
Existe una ley llamada (ley de HOOKE) que estudia la fuerza o alargamiento
que se le aplica al objeto.
Cuando aplicas una fuerza a un muelle, probablemente este se alargará. Si
duplicas la fuerza, el alargamiento también se duplicará. Esto es lo que se
conoce como la ley de Hooke.
La ley de Hooke establece que el alargamiento de un muelle es directamente
proporcional al módulo de la fuerza que se le aplique, siempre y cuando no se
deforme permanentemente dicho muelle.
Para eso debemos saber ¿qué es un muelle?
Se conoce como muelle o resorte a un operador elástico capaz de almacenar
energía y desprenderse de ella sin sufrir de formación permanente cuando
cesan las fuerzas o la tensión a las que es sometido. Son fabricados con
materiales muy diversos, tales como acero al carbono, acero inoxidable, acero
al cromo silicio, cromo-vanadio, bronces, plástico, entre otros, que
presentan propiedades elásticas y con una gran diversidad deformas y
dimensiones .Se les emplean en una gran cantidad de aplicaciones, desde
cables de conexión hasta disquetes, productos de uso cotidiano, herramientas
especiales o suspensiones de vehículo .Su propósito, con frecuencia, se
adapta a las situaciones en las que se requiere aplicar una fuerza y que esta
sea retornada en forma de energía. Siempre están diseñados para
ofrecer resistencia o amortiguar las solicitaciones externas.
Fórmula para calcular la fuerza: { F=k⋅ (x−x0) }
Donde:
F es el módulo de la fuerza que se aplica sobre el muelle.
k es la constante elástica del muelle, que relaciona fuerza y alargamiento. Cuanto
mayor es su valor más trabajo costará estirar el muelle. Depende del muelle, de
tal forma que cada uno tendrá la suya propia.
x0 es la longitud del muelle sin aplicar la fuerza.
x es la longitud del muelle con la fuerza aplicada.
Si al aplicar la fuerza, deformamos permanentemente el muelle decimos que
hemos superado su límite de elasticidad.
2. Bases atómicas del comportamiento elástico.
El valor de r que corresponde al mínimo de energía potencial, es la separación
de equilibrio entre dos átomos, d0. La fuerza neta es cero en d0 y un
desplazamiento e cualquier dirección provocara la acción de las fuerzas que
restauren el equilibrio.
Los átomos en una estructura cristalina tienden a estar arreglados en un patrón
definido con respectos a sus vecinos.
Las deformaciones macroscópicas elásticas, son el resultado de un cambio en
el espacio interatómico. La deformación macroscópica en una dirección dada
( l - lo)/ l0 ,es igual al cambio fraccionario promedio en el espacio interatómico
en esa dirección (d –d0) . De esta manera se demuestra fácilmente que el
modulo de YOUNG, es proporcional a la pendiente de la curva de la fuerza
Condón-Morse en el valor d0 o alternativamente, a la curvatura de la
potencial de CONDON –MORSE en el mismo valor de separación
interatómica.
¿Que un modulo de YOUNG?
El módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal es un parámetro
que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección
en la que se aplica una fuerza.
Para un material elástico lineal e isótropo, el módulo de Young tiene el mismo
valor para una tracción que para una compresión, siendo una constante
independiente del esfuerzo siempre que no exceda de un valor máximo
denominado límite elástico, y es siempre mayor que cero: si se tracción a una
barra, aumenta de longitud.
Tanto el módulo de Young como el límite elástico son distintos para los
diversos materiales. El módulo de elasticidad es una constante elástica que, al
igual que el límite elástico, puede encontrarse empíricamente mediante ensayo
de tracción del material. Además de este módulo de elasticidad longitudinal,
puede definirse el módulo de elasticidad transversal de un material.
3. Deformación plástica de los materiales. (Trabajo enfrío).
Los átomos de los metales en estado sólido están ocupan las posiciones de
equilibrio. Si se somete la pieza a fuerzas exteriores se produce un
desplazamiento de dichos átomos alterando, así, el equilibrio cristaloquímica de la
pieza. Este desplazamiento produce deformaciones, que pueden ser de dos tipos:
Elásticas: cuando los átomos vuelven a su posición inicial cuando se deja de
ejercer la fuerza sobre la pieza, ya que no han llegado a alcanzar unas nuevas
posiciones de equilibrio.
Plásticas: cuando los átomos no vuelven a su posición inicial después de
ejercerse la fuerza. La deformación plástica produce cambios importantes en las
propiedades de los materiales y dichos cambios son más o menos sensibles
según se realicen a altas o bajas temperaturas.
El concepto de alta o baja temperatura es relativo y se fija según la
temperatura de recristalización del metal, que es la formación, por calentamiento
a una temperatura determinada, de granos cristalinos nuevos a partir de granos
previamente deformados o endurecidos.
La deformación en frío es un tratamiento de deformación permanente que se
realiza por debajo de la temperatura de recristalización, consiguiendo aumentar
la dureza y la resistencia a la tracción de la pieza y disminuyen su plasticidad y
tenacidad.
La deformación del material es debida a la deformación individual de sus
granos, cualquier esfuerzo que actúe sobre la pieza se transmite por su interior a
través de dichos granos.
La deformación de los granos y las tensiones que esto origina, provoca un
estado de acritud en el metal, es decir, se produce un aumento de la fragilidad,
de la dureza y de la resistencia mecánica de la pieza.
La deformación en frío proporciona el endurecimiento del metal. La densidad
de dislocaciones aumenta con la deformación en frío. El mecanismo exacto por
el que se producen este tipo de deformaciones no se conoce con exactitud pero
durante la deformación se crean nuevas dislocaciones que interactúan con las
existentes. La densidad de dislocaciones aumenta con la deformación, hace que
sea más difícil el movimiento de éstas a través de las dislocaciones ya existentes
y el material se endurece.
4. Fracturas: Dúctil, frágil y fatiga
LAS FRACTURAS:
Es la separación de un sólido bajo tensión en dos o más piezas. En general, la
fractura metálica puede clasificarse en dúctil y frágil. La fractura dúctil ocurre
después de una intensa deformación plástica y se caracteriza por una lenta
propagación de la grieta. La fractura frágil se produce a lo largo de planos
cristalográficos llamados planos de fractura y tiene una rápida propagación de
la grieta.
FRACTURA DÚCTIL
Esta fractura ocurre bajo una intensa deformación plástica.
La fractura dúctil comienza con la formación de un cuello y la formación de
cavidades dentro de la zona de estrangulamiento. Luego las cavidades se
fusionan en una grieta en el centro de la muestra y se propaga hacia la
superficie en dirección perpendicular a la tensión aplicada. Cuando se acerca a
la superficie, la grieta cambia su dirección a 45° con respecto al eje de tensión y
resulta una fractura de cono y embudo.
FRACTURA FRÁGIL
La fractura frágil tiene lugar sin una apreciable deformación y debido a una
rápida propagación de una grieta. Normalmente ocurre a lo largo de planos
cristalográficos específicos denominados planos de fractura que son
perpendiculares a la tensión aplicada.
La mayoría de las fracturas frágiles son transgranulares o sea que se propagan
a través de los granos. Pero si los límites de grano constituyen una zona de
debilidad, es posible que la fractura se propague intergranularmente. Las bajas
temperaturas y las altas deformaciones favorecen la fractura frágil.
FATIGA
La fatiga es el fenómeno general de fallo del material tras varios ciclos de
aplicación de una tensión menor a la de rotura.
Definición: rotura por fatiga se da como consecuencia de esfuerzos repetidos
y variables debiéndose a un desmenuzamiento de la estructura cristalina, con
el consiguiente deslizamiento progresivo de los cristales,
con producción de calor.
El aspecto de las piezas rotas por fatiga presenta en su superficie de rotura dos zonas características que son:
- Una zona lisa, de estructura finísima y brillante: la rotura por fatiga
se da después de un periodo relativamente largo.
- Una zona de cristales grandes, o de estructura fibrosa: cuando la
rotura por fatiga se da instantáneamente debido a la disminución de sección.
Las circunstancias que influyen en la rotura por fatiga de un material metálico
son:
- Estado de la superficie: el estado de esta tiene gran importancia sobre
la rotura por fatiga.
- Variaciones de sección: el límite de fatiga se reduce por los cambios
bruscos de sección no acordados con radios amplios, entalladuras de cualquier
otra clase.
- Temperatura: en casi todos los materiales metálicos el aumento de
temperatura por encima de cierto valor, disminuye el límite de fatiga.
- Tratamientos térmicos: las termones internas provocadas por
tratamientos térmicos, crean localización de esfuerzos que pueden originar
fisuras.
- Homogeneidad de la estructura cristalina: cuando la estructura no es
homogénea puede suceder que los cristales más pequeñas, se acuñen entre
las más grandes, originando fisuras y la consiguiente disminución de sección.
- Corrosión: cuando la corrosión existe no tiene tanto problema., pero si
va actuando, cada punto de corrosión se convierte como si fuera una entalle
rebajando notablemente el límite de fatiga.
Un esquema de la máquina típica para realizar un ensayo de fatiga se muestra
en la figura. Aquí la probeta está sujeta a tensiones de compresión y extensión
alternas de igual magnitud mientras se rota. Se cuenta el número de ciclos que
soporta la muestra antes de fallar y se realiza una gráfica Tensión vrs número
de ciclos ( en escala logarítmica)
Ensayo de fatiga
Para los materiales ferrosos, la perdida de resistencia con el número de ciclos
alcanza un límite denominado Resistencia a la fatiga ó Límite de vida a fatiga.
Los materiales no férreos no tienen un límite tan marcado, aunque
la velocidad de pérdida de resistencia disminuye con el número de ciclos y en
este caso se escoge un número de ciclos tal como para establecer el límite.
La resistencia a la fatiga es como la cuarta parte o la mitad de la resistencia a
la tracción.
Curvas de fatiga
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