Comprenda la curva de deformación por esfuerzo de tracción en un artículo

Las propiedades de un material en términos de deformación y daño bajo fuerzas de tracción se pueden medir mediante la curva tensión-deformación de tracción, que es uno de los conceptos más fundamentales e importantes en la mecánica de materiales, ven conmigo para entenderlo.

La coordenada horizontal de la curva es la deformación y la coordenada vertical es la tensión. La forma de la curva refleja los diversos procesos de deformación que ocurren en el material bajo la acción de fuerzas externas.

★ Qué es Tensile Strenza-S¿tren?

Todos sabemos que los tres elementos de la fuerza son magnitud, dirección y punto de acción. Sin embargo, el punto de acción no tiene dimensiones, simplemente representa la ubicación de la fuerza. El material de un objeto tiene dimensiones y cuando necesitamos estudiar las fuerzas en varios puntos dentro de un objeto, necesitamos introducir el concepto de tensión, expresada como σ.

Fórmula de tensión de tracción: σ = dF / dA, que representa la tensión por unidad de área dentro del material. En términos sencillos, la tensión de tracción es la resistencia por unidad de área dentro del objeto cuando el objeto está sujeto a una acción externa, con un sentido de defensa común contra enemigos externos.

Como se muestra arriba, un objeto se somete a una fuerza de tracción, luego, para equilibrar la fuerza, el material por unidad de área dentro del objeto se somete a una parte de la fuerza. Cuando un plano dentro del objeto es perpendicular a la dirección de la fuerza y ​​el material es uniforme, se aplica el esfuerzo de tracción promedio. Bajo esta tensión de tracción, la deformación que refleja el objeto se llama deformación.

★ Cuatro etapas de la curva tensión-deformación

Como se muestra en el diagrama siguiente: la curva de tensión-deformación generalmente se divide en cuatro etapas: la región elástica, la región de flujo, el endurecimiento por deformación y la fractura por estrechamiento.

1 elástico región

Características: Cuando la tensión es inferior a σe, la tensión es proporcional a la deformación de la probeta, la tensión se elimina y la deformación desaparece, es decir, la probeta se encuentra en la fase de deformación elástica. Una vez que la carga supera el valor correspondiente al punto 'a', la curva de tracción comienza a desviarse de la línea recta.

Concepto importante: σe es el límite elástico del material y representa la tensión máxima a la que el material permanece deformado elásticamente. En la fase elástica hay un segmento 'oa' lineal especial en el que existe una relación lineal entre σ y ε. Esto se llama fase proporcional, también conocida como fase elástica lineal. Satisfacer la ley de Hooke.

σ = E * ε

E se denomina módulo de elasticidad del material, generalmente E = 200 GPa para el acero.
El límite proporcional σp es el valor máximo de tensión que obedece a la ley de Hooke entre tensión y deformación.

Notas:
σ y ε obedecen a la ley de Hooke solo cuando la tensión F / A <σp.
Para σp <σ <σe, la ley de Hooke ya no se cumple en la sección 'ab', pero sigue siendo una deformación elástica.
Como la diferencia entre σp y σe no es significativa, no se hace ninguna distinción en ingeniería.

2 Región de flujo

Características: Cuando la tensión excede σe a un cierto valor, la relación lineal entre tensión y deformación se rompe y la deformación aumenta significativamente, mientras que la tensión primero disminuye y luego fluctúa minuciosamente, con pequeños segmentos de línea de diente de sierra que aparecen cerca de la línea horizontal en la curva. Si está descargada, la deformación de la muestra solo se recupera parcialmente, mientras que conserva una parte de la deformación residual, es decir, la deformación plástica. Esto indica que la deformación del material entra en la fase de deformación elastoplástica.

Concepto importante: σs se denomina límite elástico o límite elástico de un material y es un indicador importante de plasticidad. Para materiales sin un rendimiento significativo, en ingeniería, el valor de la tensión que produce un 0.2% de deformación residual se especifica como su límite de rendimiento.

En pruebas de tracción, si el espécimen ha cedido, es decir, la sección 'bc' en el diagrama anterior, el espécimen continúa alargándose aunque la carga ya no aumente y, por lo tanto, aparece un intervalo horizontal en la curva de tracción, un fenómeno conocido como fluencia o flujo. El fenómeno de la deformación es causado por el deslizamiento de cristales en el metal. Para materiales sin fluencia, las regulaciones de ingeniería establecen que la tensión correspondiente al 0.2% de deformación plástica se utiliza como límite elástico, registrado como σ0.2.

3 Endurecimiento por deformación

Características: Cuando la tensión excede σs, la muestra sufre una deformación plástica significativa y uniforme, si la tensión sobre la muestra aumenta, el valor de la tensión debe incrementarse. Este fenómeno de aumento de la resistencia a la deformación plástica a medida que aumenta la deformación plástica se conoce como endurecimiento por deformación o reforzamiento por deformación.

Concepto importante: La fase de deformación uniforme de una muestra termina cuando la tensión alcanza σb. Esta tensión máxima σb se denomina resistencia última o resistencia a la tracción del material, que indica la resistencia del material a la deformación plástica uniforme máxima, es decir, la tensión máxima que el material puede soportar antes de sufrir daños por tracción.

4 fractura de cuello

Características: Después del valor de tensión de σb, la muestra comienza a deformarse de manera desigual y forma un cuello de contracción, la tensión cae y finalmente la muestra se fractura cuando la tensión alcanza σf.

Concepto importante: σf es la resistencia a la fractura del material, que representa la resistencia máxima del material a la plasticidad. En general, los indicadores de las propiedades plásticas de un material son el alargamiento y la reducción del área.

Alargamiento: δ = (L1-L) / L * 100%
Reducción de área: ψ = (A-A1) / A * 100%

L1: longitud de la muestra después de arrancar
L: longitud original del espécimen
A1: área de sección transversal mínima de la muestra en la fractura
A: área de la sección transversal original
Cuanto mayor sea el valor de δ y ψ, mejor será la plasticidad.

★ Curvas de tensión-deformación por tracción para materiales con diferentes propiedades

En ingeniería, los materiales con un alargamiento de ≥5% después de una rotura generalmente se denominan materiales plásticos, mientras que los materiales con un alargamiento de <5% después de una rotura se denominan materiales quebradizos. En general, se puede ver que los materiales plásticos tienen una fase de deformación distinta, mientras que la fractura por tracción forma un estrechamiento. Por el contrario, los materiales quebradizos no ven una fase de fluencia obvia durante el estiramiento y no se produce ningún estrechamiento en la fractura por tracción.

Un material plástico: región elástica muy pequeña.
Un material dúctil: después de la región elástica hay una sección extraña donde se produce el 'estrechamiento', se produce una deformación permanente en esta región plástica.
Un material resistente que no es dúctil: los alambres de acero se estiran muy poco y se rompen repentinamente.
Un material quebradizo: este material también es resistente porque hay poca tensión para una tensión alta. La fractura de un material quebradizo es repentina con poca o ninguna deformación plástica. El vidrio es estrés frágil.

Comparación de las propiedades mecánicas de plásticos y materiales quebradizos

Material Plástico	Material quebradizo
Alargamiento: δ≥5%	Alargamiento: δ ＜ 5%
Gran deformación plástica antes de la fractura.	Muy poca deformación antes de la fractura.
El rendimiento de compresión y el rendimiento de tracción son similares	Rendimiento de compresión mucho mayor que el rendimiento de tracción
Apto para forja y trabajo en frío.	Adecuado para elementos de cimentación o conchas.
Nota: La plasticidad y la fragilidad del material pueden verse alteradas por cambios en los métodos de fabricación y las condiciones del proceso.

 

Así que eso es todo lo que hay en la curva tensión-deformación de tracción, si desea saber cómo hacer la prueba de resistencia a la tracción, mire aquí.