Dultil y fragil ensayo
- 1. Dúctil vs Frágil. Es importante conocer la distinción de los términos dúctil y frágil, pues estos términos no pueden llegar a confundirse, pues cada uno de ellos presenta características diferentes e importantes para cada una de las utilidades que pueden ser ocupados, por lo tanto se puede definir cada uno de los términos. Se considera como material a cualquiera de las materias que se necesitan para una obra o el conjunto de ellas. Todo material ya sea puro o por aleación de otros tiene propiedades, que según su naturaleza se dividen en propiedades químicas, tecnológicas, físicas y mecánicas. En el presente ensayo el objetivo será la investigación de conceptos y presentación de argumentos sobre unas dos propiedades mecánicas de la materia: ductilidad y fragilidad; que se deriva de las propiedades mecánicas en las cuales tenemos: Las propiedades mecánicas se dividen: Resistencia a tracción, fluencia, fatiga, corrosión y desgaste Dureza Tenacidad Maleabilidad Rigidez Ductilidad Fragilidad Dúctil: Ductilidad es la cualidad de dúctil. Este adjetivo puede hacer referencia a algo acomodadizo, condescendiente, fácilmente deformable, que admite grandes deformaciones mecánicas o que mecánicamente puede extenderse a temperaturas normales. Se conoce como ductilidad a la propiedad de aquellos materiales que, bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sin llegar a romperse. Estos materiales, como ciertos metales o asfaltos, se conocen como dúctiles. En cambio, los materiales que no poseen esta propiedad se califican como frágiles. Esto quiere decir que los materiales dúctiles pueden experimentar importantes deformaciones antes de romperse, mientras que los frágiles se rompen casi sin deformación. Los materiales dúctiles toleran métodos de fabricación por deformación plástica y soportan una mayor cantidad de uso, ya que se deforman antes de romperse. Es necesario aplicar una gran fuerza para romper un material dúctil: sus átomos pueden deslizarse unos sobre otros, estirando el material sin romperse. Es importante saber distinguir entre los términos dúctil y blando. En primer lugar, la ductilidad sólo aparece cuando un material en particular es sometido a una fuerza de gran magnitud; por ejemplo, si se aplica una carga pequeña, entonces el material se deformará discretamente, y recién cederá y se deformará en un grado mucho mayor cuando se lo lleve al límite. Lo más curioso y digno de ser destacado es que cuando este tipo de material
- 2. atraviesa esa barrera, en la cual la fuerza ejercida sobre él es considerable, conserva su integridad y simplemente cambia de forma. Frágil: Es la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación. Por el contrario, los materiales dúctiles o tenaces se rompen tras sufrir acusadas deformaciones, generalmente de tipo plásticas. La fragilidad es lo contrario de la tenacidad y tiene la peculiaridad de absorber relativamente poca energía, a diferencia de la rotura dúctil. Si un material se rompe prácticamente sin deformación las componentes del tensor deformación 𝜀𝑖𝑗 resultan pequeñas y la suma anterior resulta en una cantidad relativamente pequeña. La fragilidad de un material además se relaciona con la velocidad de propagación o crecimiento de grietas a través de su seno. Esto significa un alto riesgo de fractura súbita de los materiales con estas características una vez sometidos a esfuerzos. Por el contrario los materiales tenaces son aquellos que son capaces de frenar el avance de grietas. Comparación de materiales: Los materiales tienen una zona elástica y una zona plástica, en su zona elástica los materiales tienen una deformación debido a un esfuerzo aplicado, pero al desaparecer este esfuerzo, teóricamente la deformación desaparece, pero en la realidad hay un tipo de deformación que se conoce como “Deformación Permanente” o “Deformación Residual” y cuando estas deformaciones son pequeñas, el material se considera elástico en ciertos límites; en su zona plástica el material no pierde la deformación resultante, aun cuando se le ha retirado la carga que lo deformó, mientras la carga sigue aumentando el material llega al punto de fractura y es cuando se dice que el material ha fallado. Básicamente los materiales siguen la siguiente gráfica, llamada: Gráfica de Esfuerzo-Deformación.
- 3. Características de los materiales: Cada material en su estado ya sea dúctil o frágil tiene ciertas características que lo hacen reconocible y lo clasifica dentro de la categoría que pertenece, por eso es necesario conocer bien cada una de ellas para así poder diferenciar y utilizar el material, por ello se presentas las características más importantes de cada uno de ellos: Conviene recordar el concepto de ductilidad que definiéramos al estudiar las curvas tensión deformación. La ductilidad de un material se define como la cantidad de deformación plástica máxima que es capaz soportar un material antes de romper. Los parámetros principales utilizados para medir la ductilidad son la deformación a fractura 𝜀𝑓 o la reducción de área a fractura∆𝐴/𝐴0. Esta magnitud, la ductilidad, determina el tipo de fractura que se produce en el material: fractura frágil o fractura dúctil. Las principales características de estos dos tipos de fractura se resumen en la siguiente tabla: Fractura Dúctil. Fractura Frágil. Estricción apreciable. Apenas hay estricción. La fractura adopta la forma típica copa- cono. Por tanto, la fractura se produce formando un ángulo de 45º con la carga aplicada y se origina por tensiones de cizalladura. Las superficies de fractura son microscópicamente planas. La fractura se produce en un ángulo de 90º con la carga aplicada y es originada por tensiones normales. Microscópicamente se observa la formación de micro-cavidades de la superficie de fractura (fractura por desgarro). Las superficies de fractura son microscópicamente lisas en micro- cristales (clivaje) o amorfos y estriadas en policristales. Deformación plástica apreciable entorno a la grieta Apenas se produce deformación plástica en torno a la grieta.
- 4. Conociendo las características de cada material y sus diferencias entre ellos, ahora se puede decir que cada uno de estos tienen propiedades mecánicas que se refieren la capacidad de cada material en estado sólido a resistir acciones de cargas o fuerzas. Las Estáticas: las cargas o fuerzas actúan constantemente o creciendo poco a poco. Las Dinámicas: las cargas o fuerzas actúan momentáneamente, tienen carácter de choque. Las Cíclicas o de signo variable: las cargas varían por valor, por sentido o por ambos simultáneamente. Propiedades de los materiales. Propiedades de Fragilidad: La fragilidad se relaciona con la cualidad de los objetos y materiales de romperse con facilidad. Aunque técnicamente la fragilidad se define más propiamente como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación. Por el contrario, los materiales dúctiles o tenaces se rompen tras sufrir acusadas deformaciones, generalmente de tipo deformaciones plásticas, tras superar el límite elástico. Los materiales frágiles que no se deforman plásticamente antes de la fractura suelen dan lugar a "superficies complementarias" que normalmente encajan perfectamente. Curvas representativas de Tensión-Deformación de un material frágil (rojo) y un material dúctil y tenaz (azul).
- 5. La rotura frágil tiene la peculiaridad de absorber relativamente poca energía, a diferencia de la rotura dúctil, ya que la energía absorbida por unidad de volumen viene dada por: Si un material se rompe prácticamente sin deformación las componentes del tensor deformación resultan pequeñas y la suma anterior resulta en una cantidad relativamente pequeña. La fragilidad de un material además se relaciona con la velocidad de propagación o crecimiento de grietas a través de su seno. Esto significa un alto riesgo de fractura súbita de los materiales con estas características una vez sometidos a esfuerzos. Por el contrario los materiales tenaces son aquellos que son capaces de frenar el avance de grietas. Otros términos frecuentemente confundidos con la fragilidad que deben ser aclarados: Lo opuesto a un material muy frágil es un material dúctil. Por otra parte la dureza no es opuesto a la fragilidad, ya que la dureza es la propiedad de alterar solo la superficie de un material, que es algo totalmente independiente de si ese material cuando se fractura tiene o no deformaciones grandes o pequeñas. Como ejemplo podemos citar el diamante que es el material más duro que existe, pero es extremadamente frágil. La tenacidad puede estar relacionada con la fragilidad según el módulo de elasticidad, pero en principio un material puede ser tenaz y poco frágil (como ciertos aceros) y puede ser frágil y nada tenaz (como el barro cocido). Propiedades de Ductilidad: La ductilidad es una propiedad muy frecuente de encontrar en algunos materiales tales como aleaciones metálicas o material asfáltico, porque algunos de ellos al ser sometidos a la fuerza son capaces de deformarse pero no de romperse. Mediante esta acción es posible lograr alambres o hilos de metal. Los materiales dúctiles son empleados en infinidad de situaciones como consecuencia de justamente esta condición, destacándose: la fabricación de plásticos. En lo que respecta al uso de estos materiales, los mismos, siempre, padecerán deformaciones antes de quebrarse definitivamente. Los materiales frágiles se rompen sin aviso previo mientras que los dúctiles sufrirán antes de la deformación. Cabe destacarse, que a aquellos materiales que disponen de tal propiedad se los conoce popularmente como dúctiles. Mientras tanto, a los materiales que se hallan en la vereda opuesta, es decir, que no son dúctiles, se los denomina frágiles, siendo la propiedad que los domina la fragilidad que hace que justamente se rompan con gran facilidad. Los ensayos que se realizan para dúctil y frágil. Teniendo en cuenta que cada uno de los materiales tiene características y propiedades que los hacen identificables, se pueden mencionar los ensayos que se realizan para conocer sus propiedades.
- 6. Ensayo de Ductilidad: Un ensayo de ductilidad mide la deformación máxima que alcanza una muestra estandarizada al ser estirada a una velocidad constante. La descripción del ensayo puede variar dependiendo la máquina a utilizar y su nivel de tecnología, sin embargo el procedimiento es similar en todos los casos. A continuación se menciona de forma general el mismo. Se inserta una hoja de metal (probeta) en el dispositivo de sujeción (dados) dela máquina; previamente aplicada una capa de grasa en una de sus superficies El identador se desplaza hasta sujetar la probeta con los dados, esto se indica en el manómetro debido a que las cargas indicadoras comienzan a registrar los incrementos de carga aplicados. Con la velocidad de prueba ajustada con la que el identador de bola se desplaza, se estira la muestra metálica (probeta), hasta que se obtenga la fisura o falla, es entonces cuando la prueba se termina. Al final se lee la lectura de la carga aplicada (en el manómetro) y la lectura dela altura de la copa (indicador de carátula), lo cual indica la capacidad de estiramiento del material. No existe una prueba única que se puede usar para la evaluación de todos los fenómenos encontrados en todas las operaciones de embutido por eso existen distintas pruebas donde las más usadas son: Prueba de ductilidad copa Olsen y Erichsen. Prueba de embutido profundo. Prueba de copa única Fukui. Prueba de copa única de agujero K.W.I. Prueba de adhesión de recubrimiento. Todas las pruebas de copas se basan en normas o especificaciones, la medición de la productividad es comparativa, la medición es cuantitativa de la altura de copa y de la carga máxima, la medición cualitativa de la textura superficial de formado, la localización y el análisis del tipo de fractura, se determinan los patrones de trabajo relacionados con el funcionamiento real. Ensayo de Fragilidad: Los ensayos dinámicos de choque se realizan generalmente en máquinas denominadas péndulos o martillo pendulares, en las que se verifica el comportamiento de los materiales al ser golpeados por una masa conocida a la que se deja caer desde una altura determinada, realizándose la experiencia en la mayoría de los casos, de dos maneras distintas el método Izod y el método Charpy. En ambos casos la rotura se produce por flexionamiento de la probeta, la diferencia radica en la posición de la probeta entallada, como se muestra en la figura por lo que se los denomina flexión por choque.
- 7. El péndulo de Charpy es un dispositivo utilizado en ensayo para determinar la tenacidad de un material. Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en 3 puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en la aérea debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia. La velocidad que adquiere la masa al golpear la probeta queda determinada por la altura del péndulo. Tras la rotura, la masa continúa su camino hasta llegar a una cierta altura, a partir de la cual se determina la energía absorbida. Así se medirá la energía absorbida por ese golpe. Las probetas que fallan en forma frágil se rompen en dos mitades, en cambio aquellas con mayor ductilidad se doblan sin romperse. Este comportamiento es muy dependiente de la temperatura y la composición química, esto obliga a realizar el ensayo con probetas a distinta temperatura, para evaluar la existencia de una "temperatura de transición dúctil- frágil". Normas que lo acreditan Ductility and Formability (Workability) Testing ASTM E 643-84 (Reapproved 1995): Standard test method for ball punch deformation of metallic sheet material. 5.55 ASTM E 290-97a: Standard test method for bend testing of material for ductility. 3.120 ASTM A 938-97: Standard test method for torsion testing of wire. 3.121 ASTM E 23-98: Methods for notched bar impast testing of metallic materials. ISO 8490: Metallic materials - sheet and strip - modified Erichsen cupping test, 1986. ISO 7438: Metallic materials - bend test, 1985. ISO 7799: Metallic materials - sheet and strip 3 mm thick and less - reverse bend test, 1985. ISO 7800: Metallic materials; wire; simple torsion test, 1984. ISO 7801: Metallic materials; wire; reverse bend test, 1984. A.l.l Standards for Formability Testing 305 ISO 9649: Metallic materials; wire; reverse torsion test, 1990. ISO 12004: Metallic materials - guidelines for the determination of forming limit diagrams, 1997. ISOITR 14936: Metallic materials - strain analysis report, 1998. Falla dúctil y frágil. A pesar de todas las normas y ensayos que se realizan para los materiales dúctiles y frágiles pueden existir fallos en ellos, estos pueden clasificarse según lo que salió mal, por lo tanto se conocerán los tipos de fallos que pueden darse para los materiales dúctiles y frágiles.
- 8. Falla Dúctil. La ductilidad está cuantificada en % de alargamiento u estricción, es función de la Tª, velocidad de aplicación de la carga(o de deformación) y estado tensional Cualquier proceso de fractura está compuesto por dos etapas: Formación de una fisura Propagación de la fisura El modo de fractura depende del mecanismo de propagación de la grieta. Características de la rotura dúctil: Muchas deformaciones plásticas en la vecindad de la grieta que avanza. El proceso tiene lugar lentamente. Grieta estable Evidencia de deformación plástica apreciable en la fractura La constatación de que ha habido una deformación plástica y, posteriormente una rotura no explica cuáles han sido los mecanismos de fallo, sólo indica cuáles han sido los modos de fallo. •No es suficiente conocer el estado tensional del componente para conocer el mecanismo de fallo. Mecanismo de un fallo por rotura dúctil:
- 9. Fractura Frágil: Características de la rotura frágil: Poca o nula deformaciones plásticas en la vecindad de la grieta que avanza Marcas en v cerca del centro de sección de fractura que apuntan hacia el lugar de iniciación. La superficie de fractura contiene líneas o crestas que irradian desde el origen de la grieta una forma similar a un abanico. El proceso tiene lugar rápidamente. Grieta inestable. La dirección del movimiento de la grieta es casi perpendicular a la dirección de la tensión aplicada y produce una superficie de fractura relativamente plana. Rotura frágil. Esquema de la propagación direccional (espina de pescado) de una placa (piezas en que una dimensión de la sección de rotura es muy superior a la otra) El comportamiento general de los materiales bajo carga se puede clasificar como dúctil o frágil según que el material muestre o no capacidad para sufrir deformación plástica. Los materiales dúctiles exhiben una curva Esfuerzo-Deformación que llega a su máximo en el punto de resistencia a la tensión. En materiales más frágiles, la carga máxima o resistencia a la tensión ocurre en el punto de falla.
- 10. Bibliografía. Definición de ductilidad - Qué es, Significado y Concepto pagina en línea, disponible en: http://definicion.de/ductilidad/#ixzz40lnyv7sk Wikipedia, fragilidad, pagina en línea, disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Fragilidad BlogsPot sitio en línea, propiedades de los materiales dúctiles y frágiles, disponible en: http://propiedadesmaterialesdeconstruccin.blogspot.com/2013/04/propiedades- mecanicas-de-los-materiales.html Documento PDF en línea, fallos de los materiales, disponible en https://alojamientos.uva.es/guia_docente/uploads/2012/455/42620/1/Documento 9.pdf