Curva tensión-deformación para metales, cerámicas y polímeros
La mayoría de las propiedades mecánicas están relacionadas con la deformación de alguna manera. Dado que la deformación es la forma en que un material se mueve en respuesta a una fuerza, la fuerza y el desplazamiento serán esenciales para definir la mayoría de las propiedades mecánicas.
Sin embargo, la fuerza y el desplazamiento son propiedades extrínsecas. Eso significa que están relacionadas con la cantidad de material que se tiene. Un edificio puede soportar mucha más fuerza que una cuchara simplemente porque el edificio es más grande. Del mismo modo, el edificio puede oscilar varios centímetros con el viento, mientras que una cuchara experimentará un desplazamiento imperceptible en el vendaval más fuerte.
La tensión es la fuerza por área de sección transversal que soporta un material. La deformación es el porcentaje de cambio en la longitud del material. La curva tensión-deformación es la forma más sencilla de describir las propiedades mecánicas del material. La curva tensión-deformación puede proporcionar información sobre la resistencia, la tenacidad, la rigidez y la ductilidad de un material, entre otras cosas.
Ahora que tenemos la fuerza y el desplazamiento, podemos medir muestras de muchas formas diferentes. El edificio se deforma más que una cuchara cuando sopla el viento, pero eso es porque el 0,1% de un edificio de 100 metros es 10 centímetros, pero el 0,1% de una cuchara de 10 centímetros es 0,1 mm.
Curva tensión-deformación polímeros semicristalinos
La curva tensión-deformación permite visualizar cómo responde un material a una carga o fuerza. Descubra la definición de la curva tensión-deformación y sus dos tipos (frágil y dúctil), así como la forma de determinar la resistencia última de un material.
Curva tensión-deformación frágilEn la curva de material frágil, el límite elástico o punto de fluencia es el mismo que el punto de fractura. La curva de materiales frágiles revela que el material se fractura o rompe en lugar de doblarse cuando la fuerza es lo suficientemente alta. Curva tensión-deformación dúctil
En esta curva de material dúctil, se puede ver un punto etiquetado como límite elástico, también conocido como punto de fluencia. La caída de la curva en este punto indica que el material ha cedido o se ha deformado. Una vez retirada la carga, esta deformación será permanente. Antes de este punto, el material es elástico. Los materiales elásticos se deforman pero vuelven a su forma original después de retirar la carga. En la imagen que aparece en tu pantalla, verás que la figura de la izquierda muestra el comportamiento de un material elástico.
Polímero de endurecimiento por deformación
A lo largo de los años ha habido muchos posts sobre la caracterización de polímeros que se centraban principalmente en los termoestables. En la siguiente serie de entradas, hablaremos de varios tipos de ensayos mecánicos que pueden utilizarse para caracterizar las propiedades mecánicas tanto de los termoestables como de los termoplásticos. En esta entrada, hablaremos de los ensayos de tracción para polímeros.
La norma ASTM D638 describe el método de ensayo estándar para las propiedades de tracción de los plásticos. La norma ASTM D638 es aplicable para el ensayo de muestras de cualquier espesor hasta 14 mm (0,55 pulgadas). Para los ensayos de tracción de muestras muy finas (láminas de menos de 1 mm (0,04 pulgadas), la norma ASTM D882 es el método de ensayo preferido. En este artículo se tratará la norma D638 para mayor claridad. El ensayo de tracción mide la carga (tensión) en función de la deformación (tensión) utilizando un marco de ensayo instrumentado. La carga se mide mediante una célula de carga calibrada y la deformación se determina a partir del movimiento de la cruceta o mediante un extensómetro fijado a la muestra. En la figura 1 se muestra el montaje experimental.
Polímeros de tensión-deformación
Muchos plásticos se utilizan para sustituir a los metales. En este caso, es importante entender la llamada relación resistencia/densidad. Los plásticos suelen ser mucho menos densos que los metales, lo que ayuda a la eficiencia mecánica y a la reducción de la carga energética, pero hay que entender la resistencia del plástico.
La forma más habitual de medir el límite elástico de los plásticos es mediante un ensayo de tracción. Un ensayo de tracción suele regirse por normas, y las dos más comunes en la industria del plástico son la ASTM D638 y la ISO 527.
Una propiedad clave para los diseñadores mecánicos que utilizan plásticos es el límite elástico, pero hay que mencionar una advertencia clave. Podría parecer que el límite elástico es exactamente el punto en el que el plástico se vuelve inelástico. En realidad, debido a la unión molecular, el material puede a veces volver a su longitud original después de alguna porción de deformación inelástica. Por lo tanto, es muy común anotar el límite elástico en una tasa de deformación específica, donde el 0,2% es el más estándar. Esto se conoce comúnmente como tensión de prueba.