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De la elasticidad a la plasticidad: ¡las tres etapas de la deformación del material son fascinantes!
Comprender las propiedades y el comportamiento de los materiales es crucial en la ingeniería y la ciencia de los materiales, y aquí es donde entran en juego las curvas de tensión-deformación. Estas curvas no solo revelan cómo los materiales responden a diferentes cargas, sino que también nos ayudan a predecir mejor cómo funcionarán en aplicaciones del mundo real.
La curva de tensión-deformación muestra propiedades clave del material, como la resistencia al límite elástico, la resistencia máxima a la tracción y el módulo de Young.
La relación entre tensión y deformación puede existir en muchas formas, por lo que normalmente dividimos estas curvas en varias etapas principales. Exploremos las tres etapas importantes de la deformación del material una por una: la región elástica lineal, la región de endurecimiento por deformación y la región de formación del cuello.
Región elástica lineal
La región elástica lineal es la primera etapa en la que un material se deforma. En esta etapa, el estrés y la deformación están relacionados linealmente, es decir, obedecen la ley de Hooke. Aquí, la tensión aumenta en proporción directa al aumento de la deformación y la pendiente es el módulo de Young. Esta parte representa un estado de deformación únicamente elástica y su final marca el inicio de la deformación plástica.
Cuando el componente de tensión alcanza el límite elástico, significa que comienza el estado de deformación plástica.
Zona de endurecimiento por deformación
A medida que la tensión aplicada excede el punto de rendimiento, el material entra en una región de endurecimiento por deformación. En esta etapa, la tensión alcanza un punto máximo, llamado resistencia máxima a la tracción. En la región de endurecimiento por deformación, las tensiones permanecen en su mayoría elevadas a medida que el material se estira.
En algunos materiales (por ejemplo, el acero), existe inicialmente una región casi plana debido a la formación y extensión de las bandas de Lüders.
Durante este proceso, a medida que aumenta la deformación plástica, aumentará el número de dislocaciones dentro del material, suprimiendo el movimiento de otras dislocaciones. En este caso, se deben aplicar tensiones cortantes mayores para superar el obstáculo.
Zona de formación del cuello
Cuando la tensión excede la resistencia máxima a la tracción, ingresa a la región de formación del cuello, donde el área de la sección transversal local se reduce significativamente. La deformación del cuello no es uniforme y se agrava aún más bajo la concentración de tensión, lo que finalmente conduce a la fractura del material.
Aunque la fuerza de tracción aplicada está disminuyendo, la tensión real en el material sigue aumentando porque no se tiene en cuenta la reducción del área de la sección transversal local.
Después de que se produce la fractura del material, se puede calcular su porcentaje de alargamiento y reducción en el área de la sección transversal. Estos datos son fundamentales para el diseño de ingeniería y la selección de materiales.
Clasificación de materiales
Basándonos en las características de la curva de tensión-deformación, podemos dividir aproximadamente los materiales en dos categorías: materiales dúctiles y materiales frágiles. Los materiales dúctiles, como el acero dulce, tienen buenas características de deformación a temperaturas normales, mientras que los materiales frágiles, como el vidrio, generalmente no presentan un proceso de deformación obvio y se rompen directamente.
Los materiales dúctiles pueden continuar deformándose después de alcanzar su punto de rendimiento, mientras que los materiales frágiles tienden a romperse sin una deformación significativa.
Resistencia y aplicaciones
Los materiales con excelente tenacidad pueden exhibir tanto resistencia como ductilidad, lo que hace que la tenacidad sea un criterio importante en el diseño de materiales. La tenacidad es el área bajo la curva de tensión-deformación, que puede considerarse como la energía que un material puede soportar antes de romperse. ConclusiónEn resumen, las tres etapas principales de la curva de tensión-deformación (la región elástica lineal, la región de endurecimiento por deformación y la región de formación del cuello) proporcionan una comprensión profunda del comportamiento del material. En la ciencia de los materiales, estas teorías no sólo guían las pruebas de laboratorio, sino que también afectan la confiabilidad y seguridad de las aplicaciones de ingeniería. Frente a las características de rendimiento de diferentes materiales, tenemos que pensar: ¿Cómo afectan las características de estos materiales a nuestra vida diaria y al desarrollo de la tecnología de ingeniería?
