Fatiga materiales

Tema 2: Propiedades de los Materiales Metálicos.
1. 2. 3. 4. Propiedades mecánicas. Mecanismos de deformación (Defectos). Comportamiento elasto-plástico. Comportamiento viscoso (fluencia y relajación). 5. Comportamiento dinámico: impacto y fatiga. 6. Mecanismos de fractura en metales
MATERIALES II Curso 2010-2011. Ingeniería de la Edificación. Campus de Guadalajara Profesor Gonzalo BarluengaBadiola

Mecanismos de deformación (Escala microscópica)
• La respuesta mecánica de los materiales bajo carga se puede explicar desde una escala atómica. • Un material descargado tiene sus átomos en equilibrio por acción de las fuerzas electromagnéticas (enlaces). • Al cargar el material, los átomos se juntan o se separan, aumentando las fuerzas interatómicas (repulsión o atracción ) yproduciendo tensiones. • A esta escala, todos los materiales muestran una tensión proporcional a la deformación (E es constante y se denomina Módulo de Elasticidad teórico).

Mecanismos de deformación (Escala macroscópica)
• La existencia de defectos en los materiales (dislocaciones, fisuras, poros) modifican su comportamiento mecánico a escala macroscópica. • A esta escala, la tensión no esproporcional a la deformación (E no es constante, salvo para tensiones muy bajas). • Además, los materiales con estructura amorfa presentan comportamientos diferentes a los cristalinos. • Se pueden distinguir varios tipos de mecanismos de deformación.

Características derivadas de los defectos
• Los defectos puntuales:
Aumentan la resistencia (traban las dislocaciones). Disminuyen la conductividadeléctrica y térmica.

• Los defectos lineales:
Disminuyen la resistencia. Aumentan la ductilidad y la plasticidad.

• Los defectos superficiales:
Influyen en la adherencia, corrosión, dureza, brillo, etc. Fronteras de grano: cortan el desplazamiento de dislocaciones.

Mecanismos de deformación (Escala macroscópica)

Microestructura cristalina (cobre)

Microestructura cristalina (metales)Tipos de Mecanismos de deformación
• Los principales mecanismos de deformación son tres: Deformación elástica Deformación plástica Deformación viscosa • Se trata de mecanismos teóricos que, aunque no se dan puros en la realidad, permiten estudiar y analizar los materiales. • Estos mecanismos se suelen combinar (elasto-plástico, visco-elástico, etc.)

Comportamiento elástico
• La deformacióninstantánea producida por la carga es recuperable (vuelve a su forma original al cesar la carga). • Si además cumple la Ley de Hooke, es elástico lineal. • Esta proporcionalidad entre σ y ε se cumple hasta un valor de tensión límite, llamado Límite elástico (σ0). • La deformación hasta este punto es elástica (εel).
σ0 σ θ εel ε

σ0 E= = tanθ ε el

Comportamiento plástico (metales)
• Ladeformación instantánea del material aumenta a tensión constante. • La deformación es no recuperable y reversible • Aparece combinado con un comportamiento elástico previo (elasto-plástico), una vez alcanzado el Límite elástico (σ0) (también llamado Límite de cedencia).
εpl σ0 σ θ εel εtotal εel ε

ε total = ε el + ε pl

Comportamiento mecánico metales

Límite elástico de materiales
• En losmateriales “reales”, el σ0 se calcula referido al Módulo de Young en el origen de la gráfica tensión / deformación, referido a una ε de 0,002 (0,2 %).

Ductilidad, Tenacidad y Resiliencia
• La Ductilidad o Deformabilidad es la capacidad de deformación hasta rotura de un material. • El área bajo la gráfica σ/ε es la Energía absorbida por el material en la fase de carga. Depende de la velocidadde carga: • Tenacidad: energía de deformación absorbida por el material hasta rotura, bajo una carga lenta. • Resiliencia: energía de deformación absorbida por el material hasta rotura, bajo una carga rápida (impacto). • El área bajo la gráfica σ/ε en la fase de descarga es la Energía devuelta. La diferencia (Eabs-Edev) es la Energía disipada por el material

Comportamiento plástico (metales)...