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| 2.2 SOBRE DE LA ZONA PLÁSTICA |
| La zona con cargas superiores
a las correspondientes al límite elástico, se caracteriza
por:
a) Mayor sensibilidad a los alargamientos para el mismo incremento de carga. En efecto, las pendientes a la curva, figura 2.9, son siempre inferiores al módulo de Young, E. E1 = (ds/de)1 << E Û tg a1 << tg a (2.7) b) Los alargamientos conseguidos son remanentes, es decir, no se recuperan cuando cesa el esfuerzo, como se muestra en el punto c del desarrollo. Ambas características se cumplen en todo el campo de tensiones superiores al límite elástico lo que significa la denominada zona plástica. |
Figura 2.8. Definición de la zona plástica. |
| La respuesta plástica
de un material metálico, se identifica por el carácter remanente
de la deformación, e,
que determina valores del módulo virtual E1 muy inferiores al de
Young E.
2.2.1 Determinación de la tensión de rotura. El punto de máxima resistencia corresponde al máximo absoluto de F de la curva registrada F-DL. En el diagrama s - e este punto viene determinado por: sm
= R = Fm/S0
(2.8)
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| La tensión máxima
sm
es la denominada tensión de rotura o carga de rotura, R, y se deduce
a través de la sección nominal S0
ya que hasta ese momento del ensayo, la sección de la probeta, aunque
ha disminuido según deformaba el material, puede considerarse constante.
Para el material ensayado se ha encontrado el valor de carga de rotura siguiente: R = 3444 kg/78.5 mm2 = 43.9 Kg/m2 = 430 MPa La tensión de rotura, R, resistencia última, indica el final del comportamiento estable del material; o identidad entre las cargas aplicadas y la reacción del material. |
Figura 2.9. Determinación de la tensión de rotura. |
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2.2.2 Parámetros de ductilidad. Estos parámetros se evalúan como: a) El alargamiento proporcional de rotura, A, definido por el que se alcanza en la rotura de la probeta y como la estricción, S, definida como disminución proporcional de la sección transversal en la que se ha localizado la fractura. En el punto r del diagrama
de la figura 2.10. se alcanza la fractura de la probeta. Si juntamos las
dos partes en que se ha seccionado la probeta podemos medir su longitud
total Lr, superior a la L0
inicial.
Ar = (Lr - L0)/L0 100 = DLr/L0 100 (2.10) |
Figura 2.10. Ductilidad dada por: a) alargamiento de rotura y b) estricción. |
En el caso ensayado obtenemos:
DLr
= 12 mm.
Podemos observar en la norma EN 10025 que el acero AE 355, que tiene mayor límite elástico y tensión de rotura que el ensayado AE 235, dispone de un nivel de alargamiento muy inferior al citado AE 235, lo que significa una respuesta más plástica o dúctil en este último. |
| Un hecho singular durante
el ensayo, especialmente en el acero AE 235, es la reducción localizada,
estricción, en un punto de la sección a partir del punto
en el que se alcanza el máximo de carga Fm. o mejor, el inicio de
la estricción indica el máximo de la carga que puede aplicarse.
Si medimos como Sr la sección última fracturada, el valor
de la estricción máxima S,
según la definición dada, es expresado, en tanto por ciento,
por:
En el caso ensayado: S = [(78.54 - 23.76)/78.54] 100 = 69.7 % El alargamiento proporcional
de rotura y la estricción son dos indicadores proporcionales directos
en la respuesta plástica de una aleación.
2.2.3. Tenacidad del material Si calculamos la energía, E0, por unidad de volumen absorbida por la probeta en su fractura diferenciando la que se absorbe con distribución uniforme y la que se realiza de forma localizada, encontramos que: La energía aplicada, Ea, a la probeta en cada momento del ensayo, i, viene determinada por la expresión: 
(2.12) y en la carga máxima, Em, donde adquiere DL = DLm
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Figura 2.11. Tenacidad del material obtenida en el ensayo de tracción. |
Corresponde al área
del diagrama F-Dl
que ha sido rayada en la figura 2.11.
Ea = Area(0-DLm) (2.14) Podemos también calcular la energía unitaria, por unidad de volumen, en la forma: E0m = Em/V (2.15) en unidades Kgf mm/mm3
= Kgf/mm2 o MPa.
V= So Lo (2.16) tendremos |
(2.17) y siendo dl/L0 = de (2.19) 
(2.20) lo que significa el área rayada en el diagrama s - e con unidades Kgf/mm2. Si realizamos la evaluación de la energía E0m en el acero ensayado AE 235, encontramos: E0m = 753.9 Kg/mm2 = 7396 Mpa La energía de rotura, E0m, es un indicador directo de la tenacidad en condiciones de cargas cuasiestáticas. La tenacidad está favorecida por una alta carga de rotura y, fundamentalmente, por una alta plasticidad. La tenacidad es la propiedad que expresa la mayor tendencia a absorber energía antes de fracturarse. Los materiales más tenaces muestran mayor energía de rotura, E0m, en el ensayo de tracción. A partir del punto DLm se inicia la estricción por lo que el alargamiento último DLr - DLm está ubicado solamente en una pequeña longitud de la probeta ensayada. Por tanto, el cambio de variables F-s y DL-e de las expresiones 2.2 y 2.3 no podemos realizarlo y, por ello, las energías de rotura no pueden unificarse al campo de tensiones, s, y de deformaciones, e. Lo que muestra su falta de rigor como indicador cuantitativo de la tenacidad. Por otra parte, el punto Fm-DLm del diagrama de tracción corresponde a la resistencia última de la probeta, pues a partir de este punto aparece el proceso irreversible de fractura ubicada en la sección que aparece la estricción. Sin embargo, cualitativamente, la estricción S, variable normalizada, es un indicador directo de la tenacidad de un material al estar correlacionada con el alargamiento adicional DLr -DLm. Los materiales más tenaces muestran valores de estricción más elevados. Es importante, no confundir la tenacidad de un material con la tensión de rotura, sr, o resistencia última; pues la energía de rotura es función no solamente de la tensión de rotura, sr, sino también del alargamiento, er, y en muchos materiales sr y er suelen estar correlacionados de forma inversa, de manera que procesos que aumentan sr, por lo general provocan una disminución más fuerte de las deformaciones er, con lo que el computo de la energía de rotura disminuye. |
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