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Resistencia a la tracción

Dos prensas aplican tensión a una muestra tirando de ella, estirándola hasta que se fractura. La tensión máxima que soporta antes de fracturarse es su resistencia máxima a la tracción.

La resistencia última a la tracción (también llamada UTS , resistencia a la tracción , TS , resistencia última o en notación) [1] es la tensión máxima que un material puede soportar mientras se estira o tira antes de romperse. En materiales frágiles , la resistencia última a la tracción está cerca del límite elástico , mientras que en materiales dúctiles , la resistencia última a la tracción puede ser mayor.

La resistencia máxima a la tracción generalmente se encuentra realizando una prueba de tracción y registrando la tensión de ingeniería versus la deformación . El punto más alto de la curva tensión-deformación es la resistencia última a la tracción y tiene unidades de tensión. El punto equivalente para el caso de compresión, en lugar de tensión, se llama resistencia a la compresión .

Las resistencias a la tracción rara vez tienen importancia en el diseño de miembros dúctiles , pero son importantes en el caso de miembros frágiles. Están tabulados para materiales comunes como aleaciones , materiales compuestos , cerámica , plásticos y madera.

Definición

La resistencia última a la tracción de un material es una propiedad intensiva ; por lo tanto su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, dependiendo del material, puede depender de otros factores, como la preparación de la muestra, la presencia o no de defectos en la superficie y la temperatura del entorno y del material de prueba.

Algunos materiales se rompen de forma muy brusca, sin deformación plástica , en lo que se denomina falla frágil. Otros, que son más dúctiles, incluida la mayoría de los metales, experimentan cierta deformación plástica y posiblemente estrechamiento antes de fracturarse.

La resistencia a la tracción se define como una tensión, que se mide como fuerza por unidad de área. Para algunos materiales no homogéneos (o para componentes ensamblados), se puede informar simplemente como una fuerza o como una fuerza por unidad de ancho. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad es el pascal (Pa) (o un múltiplo del mismo, a menudo megapascales (MPa), utilizando el prefijo SI mega ); o, equivalentemente a pascales, newtons por metro cuadrado (N/m 2 ). Una unidad habitual en los Estados Unidos es la libra por pulgada cuadrada (lb/in 2 o psi). Los kilolibras por pulgada cuadrada (ksi o, a veces, kpsi) equivalen a 1000 psi y se utilizan comúnmente en los Estados Unidos para medir la resistencia a la tracción.

Materiales dúctiles

Figura 1: Curva tensión-deformación (σ-ε) de "ingeniería" típica del aluminio
  1. Fuerza final
  2. Fuerza de producción
  3. Tensión límite proporcional
  4. Fractura
  5. Deformación compensada (normalmente 0,2%)
Figura 2: Curva tensión-deformación "ingeniería" (rojo) y "verdadera" (azul) típica del acero estructural .
  1. Fuerza final
  2. Límite elástico (límite elástico)
  3. Ruptura
  4. Región de endurecimiento por deformación
  5. región de cuello
  1. Estrés aparente ( F / A 0 )
  2. Estrés real ( F / A )

Muchos materiales pueden mostrar un comportamiento elástico lineal , definido por una relación lineal tensión-deformación , como se muestra en la figura 1 hasta el punto 3. El comportamiento elástico de los materiales a menudo se extiende a una región no lineal, representada en la figura 1 por el punto 2 (el "límite elástico"), hasta el cual las deformaciones son completamente recuperables al retirar la carga; es decir, una muestra cargada elásticamente en tensión se alargará, pero volverá a su forma y tamaño originales cuando se descargue. Más allá de esta región elástica, para materiales dúctiles , como el acero, las deformaciones son plásticas . Una muestra deformada plásticamente no vuelve completamente a su tamaño y forma originales cuando se descarga. Para muchas aplicaciones, la deformación plástica es inaceptable y se utiliza como limitación de diseño.

Después del límite elástico, los metales dúctiles pasan por un período de endurecimiento por deformación, en el que la tensión aumenta nuevamente al aumentar la deformación, y comienzan a estrecharse , a medida que el área de la sección transversal de la muestra disminuye debido al flujo plástico. En un material suficientemente dúctil, cuando el estrechamiento se vuelve sustancial, provoca una inversión de la curva de tensión-deformación de ingeniería (curva A, figura 2); esto se debe a que la tensión de ingeniería se calcula asumiendo el área de la sección transversal original antes del estrechamiento. El punto de inversión es la tensión máxima en la curva tensión-deformación de ingeniería, y la coordenada de tensión de ingeniería de este punto es la resistencia última a la tracción, dada por el punto 1.

La resistencia última a la tracción no se utiliza en el diseño de miembros estáticos dúctiles porque las prácticas de diseño dictan el uso del límite elástico . Sin embargo, se utiliza para control de calidad debido a la facilidad de prueba. También se utiliza para determinar aproximadamente tipos de materiales para muestras desconocidas. [2]

La resistencia última a la tracción es un parámetro de ingeniería común para diseñar miembros hechos de material frágil porque dichos materiales no tienen límite elástico . [2]

Pruebas

Muestra de barra redonda después de la prueba de tensión de tracción.
Muestras de prueba de tracción de aluminio después de la rotura.

Por lo general, la prueba implica tomar una muestra pequeña con un área de sección transversal fija y luego tirar de ella con un tensómetro a una velocidad de deformación constante (cambio en la longitud del calibre dividido por la longitud del calibre inicial) hasta que la muestra se rompe.

Al probar algunos metales, la dureza de la indentación se correlaciona linealmente con la resistencia a la tracción. Esta importante relación permite realizar pruebas no destructivas, económicamente importantes, de entregas de metal a granel con equipos livianos e incluso portátiles, como los durómetros Rockwell portátiles . [3] Esta correlación práctica ayuda a que el aseguramiento de la calidad en las industrias metalúrgicas se extienda mucho más allá del laboratorio y las máquinas de prueba universales .

Resistencias a la tracción típicas

^a Muchos de los valores dependen del proceso de fabricación y de la pureza o composición.
^b Los nanotubos de carbono de paredes múltiples tienen la resistencia a la tracción más alta de todos los materiales medidos hasta ahora, con una medición de 63 GPa, todavía muy por debajo del valor teórico de 300 GPa. [38] Las primeras cuerdas de nanotubos (20 mm de longitud) cuya resistencia a la tracción se publicó (en 2000) tenían una resistencia de 3,6 GPa. [39] La densidad depende del método de fabricación, y el valor más bajo es 0,037 o 0,55 (sólido). [40]
^c La fuerza de la seda de araña es muy variable. Depende de muchos factores, incluido el tipo de seda (cada araña puede producir varias para diversos fines), la especie, la edad de la seda, la temperatura, la humedad, la rapidez con la que se aplica la tensión durante la prueba, la longitud de la tensión y la forma en que se aplica la seda. recogidos (seda forzada o hilado natural). [41] El valor que se muestra en la tabla, 1000 MPa, es aproximadamente representativo de los resultados de algunos estudios que involucran varias especies diferentes de arañas; sin embargo, los resultados específicos variaron mucho. [42]
^d La fuerza del cabello humano varía según el origen étnico y los tratamientos químicos.

Propiedades típicas de los elementos recocidos.

Ver también

Referencias

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  9. ^ [1] Archivado el 23 de marzo de 2014 en Wayback Machine IAPD Propiedades típicas de los acrílicos
  10. ^ estrictamente hablando, esta cifra es la resistencia a la flexión (o módulo de ruptura ), que es una medida más apropiada para materiales frágiles que la "resistencia máxima".
  11. ^ https://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=eb7a78f5948d481c9493a67f0d089646
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Otras lecturas