Comportamiento Elástico De Metales No Ferrosos

RESUMEN COMPORTAMIENTO ELASTICO DE LOS METALES NO FERROSOS

Definiciones y conceptos preliminares:

La elasticidad es la propiedad de los materiales para recuperar su estado inicial al retirar una carga que produce deformación. Los metales no ferrosos son imperfectamente elásticos, es decir que aún bajo cargas pequeñas no recobra totalmente la forma y dimensiones originales. Sin embargo debido a que la deformación permanente bajo cargas de corta duración es pequeña se puede considerar como elástico dentro de un rango de esfuerzos razonables [GUTIERREZ DE LOPEZ, 1983].

La deformación es el cambio por unidad de longitud en una dimensión lineal del cuerpo, el cual va acompañado por un cambio del esfuerzo aplicado. Si una carga de tensión dentro del rango elástico es aplicada, las deformaciones axiales elásticas resultan de la separación de los átomos o moléculas en la dirección de la carga; al mismo tiempo se acercan más unos a otros en la dirección transversal. Por lo tanto la deformación axial causa contracción lateral y viceversa.

El límite elástico se define como el mayor esfuerzo que un material es capaz de desarrollar sin que ocurra la deformación permanente al retirar el esfuerzo. El límite proporcional se define cómo el mayor esfuerzo que un material es capaz de desarrollar sin desviarse de la proporcionalidad rectilínea entre el esfuerzo y la deformación; el módulo de elasticidad es pues la razón entre el esfuerzo simple dentro del rango proporcional y la deformación correspondiente.

Consideraciones físico-químicas del material seleccionado:

Se ha seleccionado las aleaciones de aluminio por su importancia en distintas aplicaciones de diseño en ingeniería en donde se desea combinar resistencia y bajo peso, añadiendo algunas propiedades como lo son resistencia a la corrosión y alta maleabilidad.

El aluminio y sus aleaciones se caracterizan por la baja densidad que poseen (2.7 g/cm3), elevada conductividad eléctrica y térmica y resistencia a la corrosión en ciertos ambientes como el atmosférico. El aluminio tiene estructura cúbica centrada en las caras (FCC), posee un punto de fusión de 660°C y tiene un módulo de elasticidad de 10 x 106 psi. Una de las ventajas del aluminio es que es sensible a mecanismos de endurecimiento que aumentan su resistencia mecánica sin embargo no tiene un alto límite de endurecimiento, y por tanto falla por fatiga incluso con bajos esfuerzos [ASKELAND, 1998].

Las aleaciones específicas de aluminio seleccionadas son AA 8011 y AA 3003, que tienen aplicaciones en procesos de conformado, fabricación de aletas para intercambiadores de calor y tubos en forma de espiral para la aleación AA 8011, mientras que la aleación AA 3003 se usa para fabricar paneles de revestimiento en la construcción y en la industria culinaria [CASTRO, Luisa, 2013]. La aleación AA 8011 contiene nominalmente 0,7% Si y 0,8%Fe y presenta una estructura compuesta de aluminio primario α(Al) y precipitados del tipo Al3Fe, Al5FeSi y Al8Fe2Si. La aleación AA 3003 contiene nominalmente 1,3 % Mn y 0,13 Cu. El Si se limita a un máximo de 0,6%. Se recomienda en aplicaciones que impliquen buena conformabilidad, resistencia a la corrosión, soldabilidad y resistencia mecánica. La suma total del Fe+Mn debe ser inferior a 2,0%, para prevenir la formación del Al6(Fe,Mn) desde la colada. El efecto del manganeso en esta aleación es endurecer la matriz de aluminio aumentando la resistencia a la tracción, la resistencia a la fluencia y la elongación [ECHAVARRÍA y ORREGO, 2009].

Análisis del comportamiento elástico del material seleccionado:

Una de las expresiones más utilizadas para predecir el comportamiento elastoplástico de metales dúctiles, en especial el del aluminio, es la ecuación de Ramberg y Osgood quienes desarrollaron una ecuación que expresa la relación entre esfuerzos y deformaciones hasta esfuerzos ligeramente mayores al esfuerzo de fluencia, la ecuación es:

(1).

En donde ε es la deformación, E_0 es el módulo de elasticidad del material, σ es el esfuerzo y σ_0,2 es el esfuerzo al 0.2% paralelo a la recta esfuerzo-deformación. Y el exponente n se puede determinar bajo esta expresión:

(2).

Donde σ_0,01 es el esfuerzo en 0,01% de la prueba de esfuerzo.

Sin embargo estas aproximaciones se distanciaban de la realidad cuando

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