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| Módulo de elasticidad del aluminio kg cm2. Módulo de elasticidad de diversos materiales, incluido el acero. |
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La principal tarea principal del diseño de ingeniería es la elección de la sección óptima del perfil y el material de construcción. Es necesario encontrar exactamente el tamaño que garantice la conservación de la forma del sistema con la mínima masa posible bajo la influencia de la carga. Por ejemplo, ¿qué tipo de acero debe usarse como viga de tramo de una estructura? El material se puede usar irracionalmente, la instalación se volverá más complicada y la estructura se volverá más pesada, los costos financieros aumentarán. Esta pregunta será respondida por un concepto como el módulo de elasticidad del acero. Él permitirá en el mismo Etapa temprana evitar estos problemas. Conceptos generales
El módulo de Young en la teoría de la elasticidad se denota con la letra E. Es un componente de la ley de Hooke (sobre la deformación de los cuerpos elásticos). Este valor relaciona la tensión que se produce en la muestra y su deformación.
Empíricamente, este indicador se determina en laboratorios cientificos. La esencia de este método es la ruptura de muestras de material en forma de mancuernas en equipos especiales. Habiendo aprendido el alargamiento y la tensión a la que colapsó la muestra, dividen los datos variables entre sí. El valor resultante es el módulo de elasticidad (de Young). Así, sólo se determina el módulo de Young de los materiales elásticos: cobre, acero, etc. Y los materiales frágiles se comprimen hasta que aparecen grietas: hormigón, hierro fundido y similares.
Propiedades mecánicasSolo cuando se trabaja en tensión o compresión, el módulo de elasticidad (de Young) ayuda a adivinar el comportamiento de un material en particular. Pero al doblar, cortar, aplastar y otras cargas, deberá ingresar parámetros adicionales: 
Además de todo lo anterior, cabe mencionar que algunos materiales, dependiendo de la dirección de la carga, tienen propiedades mecánicas diferentes. Tales materiales se llaman anisotrópicos. Ejemplos de ello son los tejidos, algunos tipos de piedra, laminados, madera, etc. Los materiales isotrópicos tienen las mismas propiedades mecánicas y deformación elástica en cualquier dirección. Dichos materiales incluyen metales: aluminio, cobre, hierro fundido, acero, etc., así como caucho, hormigón, piedras naturales, plásticos sin capas. Cabe señalar que este valor no es constante. Incluso para el mismo material, puede tener un valor diferente según el lugar donde se aplicó la fuerza. Algunos materiales plástico-elásticos tienen un valor casi constante del módulo de elasticidad cuando trabajan tanto en tensión como en compresión: acero, aluminio, cobre. Y hay situaciones en las que este valor se mide por la forma del perfil. Algunos valores (el valor está en millones de kgf/cm2):
La diferencia en los módulos elásticos de los aceros en función de sus grados:  Este valor también varía según el tipo de alquiler:
Como puede verse, las desviaciones en los valores de los módulos de deformación elástica del acero son insignificantes. Es por esta razón que la mayoría de los ingenieros, al realizar sus cálculos, desprecian los errores y toman un valor igual a 2,00.
Nota: 1. Para determinar el módulo de elasticidad en kgf / cm 2, el valor tabular se multiplica por 10 (más precisamente por 10.1937) 2. Valores de módulos elásticos mi para metales, madera, mampostería, debe especificarse de acuerdo con los SNiP pertinentes. Datos normativos para cálculos de estructuras de hormigón armado:Tabla 2. Módulos iniciales de elasticidad del hormigón (según SP 52-101-2003)Tabla 2.1. Módulos iniciales de elasticidad del hormigón según SNiP 2.03.01-84*(1996)
notas: 1. Los valores se indican arriba de la línea en MPa, debajo de la línea, en kgf / cm 2. 2. Para hormigones ligeros, celulares y porosos a valores intermedios de densidad del hormigón, los módulos de elasticidad iniciales se toman por interpolación lineal. 3. Para valores de hormigón celular no esterilizado en autoclave mib tomado como para hormigón tratado en autoclave multiplicado por un factor de 0,8. 4. Para valores concretos autotensivos mib tomado como para hormigón pesado multiplicado por el coeficiente a = 0,56 + 0,006V. 5. Los grados de concreto dados entre paréntesis no corresponden exactamente a las clases de concreto especificadas. Tabla 3 Valores normativos de resistencia del hormigón (según SP 52-101-2003)Tabla 4 Valores de diseño de la resistencia del hormigón (según SP 52-101-2003)Tabla 4.1. Valores de diseño de la resistencia del hormigón a la compresión según SNiP 2.03.01-84*(1996)
Tabla 5 Valores de diseño de la resistencia a la tracción del hormigón (según SP 52-101-2003)Tabla 6 Resistencias reglamentarias para racores (según SP 52-101-2003)
Tabla 6.1 Resistencias reglamentarias para accesorios de clase A según SNiP 2.03.01-84* (1996)
Tabla 6.2. Resistencias reglamentarias para accesorios de las clases B y K según SNiP 2.03.01-84* (1996)
Tabla 7 Resistencia de cálculo para armadura (según SP 52-101-2003)
Tabla 7.1. Resistencias de cálculo para armaduras clase A según SNiP 2.03.01-84* (1996)
Tabla 7.2. Resistencias de cálculo para accesorios de las clases B y K según SNiP 2.03.01-84* (1996)
Datos normativos para cálculos de estructuras metálicas:Tabla 8 Resistencias normativas y de diseño en tracción, compresión y flexión (según SNiP II-23-81 (1990))chapa, acero de banda ancha universal y conformado según GOST 27772-88 para estructuras de acero de edificios y estructuras
notas: 1. El espesor del ala debe tomarse como el espesor del acero perfilado (su espesor mínimo es de 4 mm). 2. Los valores reglamentarios del límite elástico y la resistencia a la tracción según GOST 27772-88 se toman como resistencia normativa. 3. Los valores de las resistencias calculadas se obtienen dividiendo las resistencias estándar por los factores de confiabilidad del material, redondeados a 5 MPa (50 kgf/cm 2). Tabla 9 Grados de acero reemplazados por aceros según GOST 27772-88 (según SNiP II-23-81 (1990))
notas: 1. Los aceros С345 y С375 de las categorías 1, 2, 3, 4 según GOST 27772-88 reemplazan los aceros de las categorías 6, 7 y 9, 12, 13 y 15, respectivamente, según GOST 19281-73* y GOST 19282 -73*. Las resistencias de cálculo del acero utilizado para la producción de chapas perfiladas se dan por separado. Lista literatura usada: 1. SNiP 2.03.01-84 "Estructuras de hormigón y hormigón armado" 2. SP 52-101-2003 3. SNiP II-23-81 (1990) "Estructuras de acero" 4. Alexandrov A. V. Resistencia de materiales. Moscú: Escuela Superior. - 2003. 5. Fesik SP Manual de Resistencia de Materiales. Kyiv: Budivelnik. - mil novecientos ochenta y dos. La principal tarea principal del diseño de ingeniería es la elección de la sección óptima del perfil y el material de construcción. Es necesario encontrar exactamente el tamaño que garantice la conservación de la forma del sistema con la mínima masa posible bajo la influencia de la carga. Por ejemplo, ¿qué tipo de acero debe usarse como viga de tramo de una estructura? El material se puede usar irracionalmente, la instalación se volverá más complicada y la estructura se volverá más pesada, los costos financieros aumentarán. Esta pregunta será respondida por un concepto como el módulo de elasticidad del acero. También permitirá en la etapa más temprana evitar la aparición de estos problemas. Conceptos generales
El módulo de Young en la teoría de la elasticidad se denota con la letra E. Es un componente de la ley de Hooke (sobre la deformación de los cuerpos elásticos). Este valor relaciona la tensión que se produce en la muestra y su deformación.
Empíricamente, este indicador se determina en laboratorios científicos. La esencia de este método es la ruptura de muestras de material en forma de mancuernas en equipos especiales. Habiendo aprendido el alargamiento y la tensión a la que colapsó la muestra, dividen los datos variables entre sí. El valor resultante es el módulo de elasticidad (de Young). Así, sólo se determina el módulo de Young de los materiales elásticos: cobre, acero, etc. Y los materiales frágiles se comprimen hasta que aparecen grietas: hormigón, hierro fundido y similares.
Propiedades mecánicasSolo cuando se trabaja en tensión o compresión, el módulo de elasticidad (de Young) ayuda a adivinar el comportamiento de un material en particular. Pero al doblar, cortar, aplastar y otras cargas, deberá ingresar parámetros adicionales: 
Además de todo lo anterior, cabe mencionar que algunos materiales, dependiendo de la dirección de la carga, tienen propiedades mecánicas diferentes. Tales materiales se llaman anisotrópicos. Ejemplos de ello son los tejidos, algunos tipos de piedra, laminados, madera, etc. Los materiales isotrópicos tienen las mismas propiedades mecánicas y deformación elástica en cualquier dirección. Dichos materiales incluyen metales: aluminio, cobre, hierro fundido, acero, etc., así como caucho, hormigón, piedras naturales, plásticos sin capas. Modulos elasticosCabe señalar que este valor no es constante. Incluso para el mismo material, puede tener un valor diferente según el lugar donde se aplicó la fuerza. Algunos materiales plástico-elásticos tienen un valor casi constante del módulo de elasticidad cuando trabajan tanto en tensión como en compresión: acero, aluminio, cobre. Y hay situaciones en las que este valor se mide por la forma del perfil. Algunos valores (el valor está en millones de kgf/cm2):
La diferencia en los módulos elásticos de los aceros en función de sus grados: Este valor también varía según el tipo de alquiler:
Como puede verse, las desviaciones en los valores de los módulos de deformación elástica del acero son insignificantes. Es por esta razón que la mayoría de los ingenieros, al realizar sus cálculos, desprecian los errores y toman un valor igual a 2,00.
Características físicas de los materiales para estructuras de acero. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
El módulo de elasticidad (módulo de Young) es un indicador de la propiedad mecánica de un material que caracteriza su resistencia a la deformación por tracción. En otras palabras, este es el valor de la plasticidad del material. Cuanto más altos sean los valores del módulo de elasticidad, menos se estirará cualquier varilla bajo cargas iguales (área de sección, valor de carga, etc.).
Este valor se mide de acuerdo con el estándar. 
El módulo de elasticidad (módulo de Young) es un indicador de la propiedad mecánica de un material que caracteriza su resistencia a la deformación por tracción. En otras palabras, este es el valor de la plasticidad del material. Cuanto más altos sean los valores del módulo de elasticidad, menos se estirará cualquier varilla bajo cargas iguales (área de sección, valor de carga, etc.).
Este valor se mide según el sistema internacional estándar de unidades en MPa (Megapascales). Pero los ingenieros en la práctica se inclinan más a utilizar la dimensión kgf/cm2.| Material |
Modulos elasticos mi, MPa |
Hierro fundido blanco, gris | (1,15...1,60) 10 5 |
| Hierro dúctil | 1.55 10 5 |
| Acero carbono | (2,0...2,1) 10 5 |
| Aleación de acero | (2.1...2.2) 10 5 |
| cobre laminado | 1.1 10 5 |
| Cobre estirado en frío | 1.3 10 3 |
| Cobre fundido | 0,84 10 5 |
| Bronce fosforado laminado | 1.15 10 5 |
| Bronce manganeso laminado | 1.1 10 5 |
| Fundición de aluminio bronce | 1.05 10 5 |
| Latón estirado en frío | (0,91...0,99) 10 5 |
| Latón laminado de barco | 1.0 10 5 |
| Aluminio laminado | 0,69 10 5 |
| Alambre de aluminio trefilado | 0.7 10 5 |
| Duraluminio laminado | 0,71 10 5 |
| Laminado de zinc | 0,84 10 5 |
| Plomo | 0.17 10 5 |
| Hielo | 0.1 10 5 |
| Vaso | 0,56 10 5 |
| Granito | 0,49 10 5 |
| Lima | 0,42 10 5 |
| Mármol | 0,56 10 5 |
| Arenisca | 0.18 10 5 |
| Mampostería de granito | (0,09...0,1) 10 5 |
| Mampostería de ladrillo | (0,027...0,030) 10 5 |
| Hormigón (ver tabla 2) | |
| Madera a lo largo del grano | (0,1...0,12) 10 5 |
| Madera a través del grano | (0,005...0,01) 10 5 |
| Caucho | 0.00008 10 5 |
| Textolita | (0,06...0,1) 10 5 |
| Getinaks | (0,1...0,17) 10 5 |
| Baquelita | (2...3) 10 3 |
| Celuloide | (14,3...27,5) 10 2 |
Datos normativos para cálculos de estructuras de hormigón armado.
Tabla 2. Módulo de elasticidad del hormigón (según SP 52-101-2003)
Tabla 2.1 Módulo de elasticidad del hormigón según SNiP 2.03.01-84*(1996)
Notas:
1. Los valores se indican arriba de la línea en MPa, debajo de la línea, en kgf/cm².
2. Para hormigones ligeros, celulares y porosos a valores intermedios de densidad del hormigón, los módulos de elasticidad iniciales se toman por interpolación lineal.
3. Para hormigones celulares de endurecimiento no autoclave, los valores de Eb se toman como para hormigones de endurecimiento autoclave, multiplicados por un factor de 0,8.
4. Para hormigón autotensado, los valores de E b se toman como para hormigón pesado, multiplicado por el coeficiente
a= 0,56 + 0,006V.
Tabla 3 Valores normativos de resistencia del hormigón (según SP 52-101-2003)
Tabla 4 Valores de cálculo de la resistencia del hormigón a la compresión (según SP 52-101-2003)
Tabla 4.1 Valores de diseño de la resistencia del hormigón a la compresión según SNiP 2.03.01-84*(1996)
Tabla 5 Valores de diseño de la resistencia a la tracción del hormigón (según SP 52-101-2003)
Tabla 6 Resistencias reglamentarias para racores (según SP 52-101-2003)
Tabla 6.1 Resistencias reglamentarias para accesorios de clase A según SNiP 2.03.01-84* (1996)
Cuadro 6.2 Resistencias reglamentarias para accesorios de las clases B y K según SNiP 2.03.01-84* (1996)
Tabla 7 Resistencia de cálculo para armadura (según SP 52-101-2003)
Tabla 7.1 Resistencias de cálculo para armaduras clase A según SNiP 2.03.01-84* (1996)
Tabla 7.2 Resistencias de cálculo para accesorios de las clases B y K según SNiP 2.03.01-84* (1996)
Datos normativos para cálculos de estructuras metálicas
Tabla 8 Resistencias reglamentarias y de diseño en tracción, compresión y flexión (según SNiP II-23-81 (1990)) de chapa, acero de banda ancha universal y conformado según GOST 27772-88 para estructuras de acero de edificios y estructuras
Notas:
1. El espesor del ala debe tomarse como el espesor del acero perfilado (su espesor mínimo es de 4 mm).
2. Los valores reglamentarios del límite elástico y la resistencia a la tracción según GOST 27772-88 se toman como resistencia normativa.
3. Los valores de las resistencias de diseño se obtienen dividiendo las resistencias estándar por los factores de confiabilidad del material, redondeados a 5 MPa (50 kgf/cm²).
Tabla 9 Grados de acero para ser reemplazados por aceros según GOST 27772-88 (según SNiP II-23-81 (1990))
Notas:
1. Los aceros C345 y C375 de las categorías 1, 2, 3, 4 según GOST 27772-88 reemplazan los aceros de las categorías 6, 7 y 9, 12, 13 y 15, respectivamente, según GOST 19281-73* y GOST 19282- 73*.
2. Los aceros S345K, S390, S390K, S440, S590, S590K según GOST 27772-88 reemplazan los grados de acero correspondientes de las categorías 1-15 según GOST 19281-73* y GOST 19282-73* especificados en esta tabla.
3. No se proporciona el reemplazo de aceros de acuerdo con GOST 27772-88 con aceros suministrados de acuerdo con otros estándares y especificaciones estatales de toda la Unión.
Las resistencias de cálculo del acero utilizado para la producción de chapas perfiladas no se muestran aquí.
Módulo de Young y cortante, valores de la relación de Poisson (Tabla). Tabla módulo de elasticidad de la tabla de materiales
Módulo de elasticidad del acero y de otros materiales
Antes de usar cualquier material en trabajos de construcción, debe familiarizarse con su características físicas para saber cómo manejarlo, qué impacto mecánico será aceptable para él, etc. Una de las características importantes a las que se suele prestar atención es el módulo de elasticidad.
A continuación consideramos el concepto en sí mismo, así como este valor en relación con uno de los más populares en la construcción y trabajo de reparación material - acero. Estos indicadores también se considerarán para otros materiales, a modo de ejemplo.
Módulo de elasticidad: ¿qué es?
El módulo de elasticidad de un material es un conjunto de cantidades físicas que caracterizan la capacidad de un cuerpo sólido para deformarse elásticamente en condiciones de aplicación de fuerza sobre él. Se expresa con la letra E. Por lo tanto, se mencionará en todas las tablas que irán más adelante en el artículo.
No se puede argumentar que solo hay una forma de determinar el valor de la elasticidad. Diferentes enfoques para el estudio de esta cantidad han llevado al hecho de que existen varios enfoques diferentes a la vez. A continuación se presentan tres formas principales de calcular los indicadores de esta característica para diferentes materiales:
- El módulo de Young (E) describe la resistencia de un material a cualquier estiramiento o compresión bajo deformación elástica. La variante de Young está determinada por la relación entre la tensión y la deformación por compresión. Por lo general, se lo conoce simplemente como el módulo de elasticidad.
- Módulo de corte (G), también llamado módulo de rigidez. Este método revela la capacidad del material para resistir cualquier cambio de forma, pero en condiciones de mantener su norma. El módulo de corte se expresa como la relación entre el esfuerzo cortante y la deformación cortante, que se define como el cambio en el ángulo recto entre los planos disponibles sujetos a esfuerzos cortantes. El módulo de corte, por cierto, es uno de los componentes de un fenómeno como la viscosidad.
- El módulo de volumen (K), que también se conoce como módulo de volumen. Esta variante denota la capacidad de un objeto hecho de cualquier material para cambiar su volumen si se somete a una tensión normal en todos los sentidos, que es la misma en todas sus direcciones. Esta variante se expresa por la relación entre la tensión volumétrica y la compresión volumétrica relativa.
- También hay otros indicadores de elasticidad, que se miden en otras cantidades y se expresan en otras proporciones. Otras opciones todavía muy conocidas y populares para los indicadores de elasticidad son los parámetros de Lame o el coeficiente de Poisson.
Tabla de indicadores de elasticidad de materiales.
Antes de pasar directamente a esta característica del acero, consideremos primero, como ejemplo e información adicional, una tabla que contiene datos sobre este valor en relación con otros materiales. Los datos se miden en MPa.
Módulo de elasticidad de varios materiales.
Como puede ver en la tabla anterior, este valor es diferente para diferentes materiales, además, los indicadores difieren si se tiene en cuenta una u otra opción para calcular este indicador. Cada uno es libre de elegir exactamente la opción de estudio de indicadores que más le convenga. Puede ser preferible considerar el módulo de Young, ya que se usa más a menudo específicamente para caracterizar un material en particular en este sentido.
Después de familiarizarnos brevemente con los datos de esta característica de otros materiales, procederemos directamente a la característica del acero por separado.
Para empezar, volvamos a los números secos y derivemos varios indicadores de esta característica para diferentes tipos aceros y estructuras de acero:
- Módulo de elasticidad (E) para fundición, refuerzo laminado en caliente a partir de grados de acero denominados St.3 y St. 5 es igual a 2,1*106 kg/cm^2.
- Para aceros como 25G2S y 30KhG2S, este valor es 2 * 106 kg / cm ^ 2.
- Para un alambre de perfil periódico y un alambre redondo estirado en frío, existe un valor de elasticidad igual a 1.8 * 106 kg / cm ^ 2. Para el refuerzo aplanado en frío, los indicadores son similares.
- Para hilos y paquetes de alambre de alta resistencia, el valor es 2 10 6 kg / cm ^ 2
- Para cuerdas espirales de acero y cuerdas con alma metálica, el valor es de 1,5·10 4 kg/cm^2, mientras que para cuerdas con alma orgánica, este valor no supera los 1,3·10 6 kg/cm^2.
- El módulo de corte (G) para el acero laminado es 8.4·10 6 kg/cm^2.
- Y finalmente, la relación de Poisson para el acero es igual a 0.3
Estos son datos generales dados para tipos de acero y productos de acero. Cada valor se calculó de acuerdo con todas las reglas físicas y teniendo en cuenta todas las relaciones disponibles que se utilizan para derivar los valores de esta característica.
Toda la información general sobre esta característica del acero se dará a continuación. Se darán valores tanto en módulo de Young como en módulo de cortante, tanto en una unidad de medida (MPa) como en otra (kg/cm2, newton*m2).
Acero y varios grados diferentes
Los valores de los índices de elasticidad del acero varían, ya que hay varios módulos a la vez, que se calculan y calculan de diferentes maneras. Se puede notar el hecho de que, en principio, los indicadores no difieren mucho, lo que atestigua a favor de diferentes estudios de elasticidad. varios materiales. Pero no vale la pena profundizar en todos los cálculos, fórmulas y valores, ya que basta con elegir un determinado valor de elasticidad para guiarse por él en el futuro.
Por cierto, si no expresa todos los valores por proporciones numéricas, sino que lo toma de inmediato y lo calcula por completo, esta característica del acero será igual a: E \u003d 200000 MPa o E \u003d 2,039,000 kg / cm^2.
Esta información lo ayudará a comprender el concepto mismo del módulo de elasticidad, así como a familiarizarse con los valores principales de esta característica para el acero, los productos de acero y otros materiales.
Cabe recordar que los indicadores del módulo de elasticidad son diferentes para diferentes aleaciones de acero y para diferentes estructuras de acero que contienen otros compuestos en su composición. Pero incluso en tales condiciones, uno puede notar el hecho de que los indicadores no difieren mucho. El valor del módulo de elasticidad del acero depende prácticamente de la estructura. así como el contenido de carbono. El método de procesamiento en caliente o en frío del acero tampoco puede afectar en gran medida este indicador.
stanok.guru
| Mesa. Valores de módulos de elasticidad longitudinal E, módulos de cortante G y relaciones de Poisson µ (a 20oC).
|
|||
tehtab.ru
Módulo de Young y cortante, valores de relación de Poisson (Tabla)
Propiedades elásticas de los cuerpos.
Las siguientes son tablas de búsqueda para constantes de uso común; si se conocen dos de ellos, esto es suficiente para determinar las propiedades elásticas de un sólido isótropo homogéneo.
Módulo de Young o módulo de elasticidad en dinas/cm2.
Módulo de cortante o módulo de torsión G en dinas/cm2.
Módulo de compresión o módulo volumétrico K en dinas/cm2.
Volumen de compresibilidad k=1/K/.
La relación de Poisson µ es igual a la relación entre la compresión relativa transversal y la tensión relativa longitudinal.
Para un material sólido isotrópico homogéneo, se dan las siguientes relaciones entre estas constantes:
G = E / 2(1 + μ) - (α)
μ = (E / 2G) - 1 - (b)
K = E / 3(1 - 2μ) - (c)
La relación de Poisson es positiva y su valor suele estar en el rango de 0,25 a 0,5, pero en algunos casos puede ir más allá de estos límites. El grado de concordancia entre los valores observados de µ y los calculados por la fórmula (b) es un indicador de la isotropía del material.
Tablas de valores para Módulo de Young, Módulo de Corte y Relación de Poisson
Los valores calculados a partir de las relaciones (a), (b), (c) se dan en cursiva.
| Materia a 18°C | Módulo de Young E, 1011 dina/cm2. | Relación de Poisson µ | ||
| Aluminio | ||||
| Acero (1% C) 1) | ||||
| Constantán 2) | ||||
| manganina | ||||
| 1) Para el acero que contiene aproximadamente 1% de C, se sabe que las constantes elásticas cambian durante el tratamiento térmico. 2) 60% Cu, 40% Ni. |
||||
Los resultados experimentales que se dan a continuación se refieren a materiales comunes de laboratorio, principalmente alambres.
| Sustancia | Módulo de Young E, 1011 dina/cm2. | Módulo de corte G, 1011 dina/cm2. | Relación de Poisson µ | Módulo volumétrico K, 1011 dina/cm2. |
| Bronce (66% Cu) | ||||
| Alpaca1) | ||||
| Jena corona de cristal | ||||
| Vidrio de pedernal de Jena | ||||
| soldador | ||||
| Bronce fosforoso2) | ||||
| Platinoide3) | ||||
| Filamentos de cuarzo (fundidos) | ||||
| Goma blanda vulcanizada | ||||
| 1) 60% Cu, 15% Ni, 25% Zn 2) 92,5% Cu, 7% Sn, 0,5% P 3) Alpaca con una pequeña cantidad de tungsteno. |
||||
| Sustancia | Módulo de Young E, 1011 dina/cm2. | Sustancia | Módulo de Young E, 1011 dina/cm2. |
| Cinc (puro) | |||
| árbol rojo | |||
| Circonio | |||
| Aleación 90% Pt, 10% Ir | |||
| duraluminio | |||
| Hilos de seda1 | Teca | ||
| Plástica: | |||
| termoplástico | |||
| termoestable | |||
| Tungsteno | |||
| 1) Disminuye rápidamente con el aumento de la carga 2) Detecta fatiga elástica notable |
|||
| Coeficiente de temperatura (a 150C) Et=E11 (1-ɑ (t-15)), Gt=G11 (1-ɑ (t-15)) | Compresibilidad k, bar-1 (a 7-110С) |
|||
| Aluminio | Aluminio | |||
| pedernal de vidrio | ||||
| vidrio alemán | ||||
| alpaca | ||||
| Bronce fosforado | ||||
| Hilos de cuarzo | ||||
infotables.ru
Módulo de elasticidad (módulo de Young) | mundo de la soldadura
Modulos elasticos
Módulo de elasticidad (módulo de Young) E - caracteriza la resistencia de un material a la tensión/compresión bajo deformación elástica, o la propiedad de un objeto de deformarse a lo largo de un eje cuando se aplica una fuerza a lo largo de este eje; definida como la relación entre el esfuerzo y el alargamiento. El módulo de Young a menudo se denomina simplemente módulo de elasticidad.
1 kgf/mm2 = 10-6 kgf/m2 = 9,8 106 N/m2 = 9,8 107 dinas/cm2 = 9,81 106 Pa = 9,81 MPa
| Rieles | |||
| Aluminio | 6300-7500 | 6180-7360 | 61800-73600 |
| Aluminio recocido | 6980 | 6850 | 68500 |
| Berilio | 30050 | 29500 | 295000 |
| Bronce | 10600 | 10400 | 104000 |
| Bronce aluminio, fundición | 10500 | 10300 | 103000 |
| Bronce fósforo laminado | 11520 | 11300 | 113000 |
| Vanadio | 13500 | 13250 | 132500 |
| Recocido al vanadio | 15080 | 14800 | 148000 |
| Bismuto | 3200 | 3140 | 31400 |
| Molde de bismuto | 3250 | 3190 | 31900 |
| Tungsteno | 38100 | 37400 | 374000 |
| Tungsteno recocido | 38800-40800 | 34200-40000 | 342000-400000 |
| Hafnio | 14150 | 13900 | 139000 |
| duraluminio | 7000 | 6870 | 68700 |
| Duraluminio laminado | 7140 | 7000 | 70000 |
| Hierro forjado | 20000-22000 | 19620-21580 | 196200-215800 |
| hierro fundido | 10200-13250 | 10000-13000 | 100000-130000 |
| Oro | 7000-8500 | 6870-8340 | 68700-83400 |
| Oro recocido | 8200 | 8060 | 80600 |
| Invar | 14000 | 13730 | 137300 |
| indio | 5300 | 5200 | 52000 |
| iridio | 5300 | 5200 | 52000 |
| Cadmio | 5300 | 5200 | 52000 |
| Cadmio fundido | 5090 | 4990 | 49900 |
| Cobalto recocido | 19980-21000 | 19600-20600 | 196000-206000 |
| Constantán | 16600 | 16300 | 163000 |
| Latón | 8000-10000 | 7850-9810 | 78500-98100 |
| Barco de latón laminado | 10000 | 9800 | 98000 |
| Latón estirado en frío | 9100-9890 | 8900-9700 | 89000-97000 |
| Magnesio | 4360 | 4280 | 42800 |
| manganina | 12600 | 12360 | 123600 |
| Cobre | 13120 | 12870 | 128700 |
| Cobre deformado | 11420 | 11200 | 112000 |
| Cobre fundido | 8360 | 8200 | 82000 |
| Cobre laminado | 11000 | 10800 | 108000 |
| Cobre estirado en frío | 12950 | 12700 | 127000 |
| Molibdeno | 29150 | 28600 | 286000 |
| alpaca | 11000 | 10790 | 107900 |
| Níquel | 20000-22000 | 19620-21580 | 196200-215800 |
| Níquel recocido | 20600 | 20200 | 202000 |
| Niobio | 9080 | 8910 | 89100 |
| Estaño | 4000-5400 | 3920-5300 | 39200-53000 |
| Fundición de estaño | 4140-5980 | 4060-5860 | 40600-58600 |
| Osmio | 56570 | 55500 | 555000 |
| Paladio | 10000-14000 | 9810-13730 | 98100-137300 |
| fundición de paladio | 11520 | 11300 | 113000 |
| Platino | 17230 | 16900 | 169000 |
| Platino recocido | 14980 | 14700 | 147000 |
| recocido en rodio | 28030 | 27500 | 275000 |
| Rutenio recocido | 43000 | 42200 | 422000 |
| Plomo | 1600 | 1570 | 15700 |
| elenco de plomo | 1650 | 1620 | 16200 |
| Plata | 8430 | 8270 | 82700 |
| Plata recocida | 8200 | 8050 | 80500 |
| Herramienta de acero | 21000-22000 | 20600-21580 | 206000-215800 |
| Aleación de acero | 21000 | 20600 | 206000 |
| Acero especial | 22000-24000 | 21580-23540 | 215800-235400 |
| Acero carbono | 19880-20900 | 19500-20500 | 195000-205000 |
| Fundición de acero | 17330 | 17000 | 170000 |
| tantalio | 19000 | 18640 | 186400 |
| tantalio recocido | 18960 | 18600 | 186000 |
| Titanio | 11000 | 10800 | 108000 |
| Cromo | 25000 | 24500 | 245000 |
| Zinc | 8000-10000 | 7850-9810 | 78500-98100 |
| Laminado de zinc | 8360 | 8200 | 82000 |
| Fundición de zinc | 12950 | 12700 | 127000 |
| Circonio | 8950 | 8780 | 87800 |
| Hierro fundido | 7500-8500 | 7360-8340 | 73600-83400 |
| Hierro fundido blanco, gris | 11520-11830 | 11300-11600 | 113000-116000 |
| Hierro dúctil | 15290 | 15000 | 150000 |
| plástica | |||
| Plexiglás | 535 | 525 | 5250 |
| Celuloide | 173-194 | 170-190 | 1700-1900 |
| vidrio orgánico | 300 | 295 | 2950 |
| caucho | |||
| Caucho | 0,80 | 0,79 | 7,9 |
| Goma blanda vulcanizada | 0,15-0,51 | 0,15-0,50 | 1,5-5,0 |
| Madera | |||
| Bambú | 2000 | 1960 | 19600 |
| Abedul | 1500 | 1470 | 14700 |
| Haya | 1600 | 1630 | 16300 |
| Roble | 1600 | 1630 | 16300 |
| Abeto | 900 | 880 | 8800 |
| árbol de hierro | 2400 | 2350 | 32500 |
| Pino | 900 | 880 | 8800 |
| Minerales | |||
| Cuarzo | 6800 | 6670 | 66700 |
| Varios materiales | |||
| Hormigón | 1530-4100 | 1500-4000 | 15000-40000 |
| Granito | 3570-5100 | 3500-5000 | 35000-50000 |
| La piedra caliza es densa | 3570 | 3500 | 35000 |
| Filamento de cuarzo (fundido) | 7440 | 7300 | 73000 |
| Cuerda de tripa | 300 | 295 | 2950 |
| Hielo (a -2 °С) | 300 | 295 | 2950 |
| Mármol | 3570-5100 | 3500-5000 | 35000-50000 |
| Vaso | 5000-7950 | 4900-7800 | 49000-78000 |
| corona de cristal | 7200 | 7060 | 70600 |
| pedernal de vidrio | 5500 | 5400 | 70600 |
Literatura
- Breve libro de referencia física y técnica. T.1/ Bajo el general. edición K. P. Yakovlev. Moscú: FIZMATGIZ. 1960. - 446 págs.
- Libro de referencia sobre soldadura de metales no ferrosos / S.M. Gurevich. Kyiv: Naukova Dumka. 1981. 680 págs.
- manual de física elemental / N.N. Koshkin, M. G. Shirkevich. M., Ciencias. 1976. 256 págs.
- Tablas de cantidades físicas. Manual / Ed. I.K. Kikoin. M., Atomizdat. 1976, 1008 págs.
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PROPIEDADES MECANICAS DE METALES | Enciclopedia alrededor del mundo
El contenido del artículoPROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS METALES. Cuando una fuerza o un sistema de fuerzas actúa sobre una muestra de metal, reacciona cambiando su forma (deforma). Varias características que determinan el comportamiento y el estado final de una muestra de metal, según el tipo y la intensidad de las fuerzas, se denominan propiedades mecánicas del metal.
La intensidad de la fuerza que actúa sobre la muestra se denomina tensión y se mide como la fuerza total dividida por el área sobre la que actúa. La deformación se entiende como un cambio relativo en las dimensiones de la muestra causado por los esfuerzos aplicados.
DEFORMACIÓN ELÁSTICA Y PLÁSTICA, DESTRUCCIÓN
Si la tensión aplicada a la muestra de metal no es demasiado alta, entonces su deformación resulta ser elástica: tan pronto como se elimina la tensión, se restaura su forma. Algunas estructuras metálicas están diseñadas deliberadamente para deformarse elásticamente. Entonces, los resortes generalmente requieren una deformación elástica bastante grande. En otros casos, se minimiza la deformación elástica. Puentes, vigas, mecanismos, dispositivos se hacen lo más rígidos posible. La deformación elástica de una muestra de metal es proporcional a la fuerza oa la suma de las fuerzas que actúan sobre ella. Esto se expresa mediante la ley de Hooke, según la cual la tensión es igual a la deformación elástica multiplicada por un factor de proporcionalidad constante denominado módulo elástico: s = eY, donde s es la tensión, e es la deformación elástica e Y es la deformación elástica. módulo (módulo de Young). Los módulos elásticos de varios metales se presentan en la Tabla. una.
Con los datos de esta tabla, puede calcular, por ejemplo, la fuerza requerida para estirar una barra de acero con una sección transversal cuadrada de 1 cm de lado por el 0,1% de su longitud:
F = YґAґDL/L = 200.000 MPa ґ 1 cm2ґ0,001 = 20.000 N (= 20 kN)
Cuando se aplican tensiones a una muestra de metal que superan su límite elástico, provocan una deformación plástica (irreversible), lo que lleva a un cambio irreversible en su forma. Mayores tensiones pueden causar fallas en el material.
El criterio más importante al elegir un material metálico que requiere alta elasticidad es el límite elástico. Los mejores aceros para resortes tienen casi el mismo módulo de elasticidad que los aceros de construcción más baratos, pero los aceros para resortes son capaces de soportar tensiones mucho mayores y, por lo tanto, deformaciones elásticas mucho mayores sin deformación plástica, ya que tienen un límite elástico más alto.
Las propiedades plásticas de un material metálico (a diferencia de las elásticas) pueden modificarse mediante fusión y tratamiento térmico. Por lo tanto, el límite elástico del hierro por métodos similares se puede aumentar 50 veces. El hierro puro pasa a un estado de fluidez ya a tensiones del orden de 40 MPa, mientras que el límite elástico de los aceros que contienen un 0,5 % de carbono y un pequeño porcentaje de cromo y níquel, después de calentar a 950 °C y endurecerse, puede alcanzar los 2000 MPa.
Cuándo material metalico cargado más allá del límite elástico, continúa deformándose plásticamente, pero en el proceso de deformación se vuelve más duro, por lo que un mayor aumento en la deformación requiere más y más tensión. Este fenómeno se denomina deformación o endurecimiento mecánico (y endurecimiento). Se puede demostrar torciendo o doblando repetidamente un alambre de metal. Endurecimiento de trabajo productos metálicos a menudo se lleva a cabo en las fábricas. Las láminas de latón, el alambre de cobre y las varillas de aluminio se pueden laminar en frío o estirar en frío hasta alcanzar la dureza requerida para el producto final.
Extensión.
La relación entre la tensión y la deformación de los materiales a menudo se estudia realizando ensayos de tracción y, al hacerlo, se obtiene un diagrama de deformación: un gráfico con la deformación trazada a lo largo del eje horizontal y la tensión trazada a lo largo del eje vertical (Fig. 1). Aunque la sección transversal del espécimen disminuye (y la longitud aumenta) en tensión, el esfuerzo generalmente se calcula refiriendo la fuerza al área de la sección transversal original, no a la reducida que daría el esfuerzo real. En deformaciones pequeñas, esto no importa mucho, pero en deformaciones grandes, puede conducir a una diferencia notable. En la fig. La Figura 1 muestra las curvas de tensión-esfuerzo para dos materiales con diferente ductilidad. (La plasticidad es la capacidad de un material para alargarse sin romperse, pero también sin volver a su forma original después de retirar la carga). La sección lineal inicial de ambas curvas termina en el punto de fluencia, donde comienza el flujo plástico. Para un material menos dúctil, el punto más alto del diagrama, su máxima resistencia a la tracción, corresponde a la falla. Para un material más dúctil, la máxima resistencia a la tracción se alcanza cuando la tasa de reducción de la sección transversal durante la deformación es mayor que la tasa de endurecimiento por deformación. En esta etapa, durante la prueba, comienza la formación de un "cuello" (reducción acelerada local en la sección transversal). Aunque la capacidad de soporte de carga de la muestra se reduce, el material en el cuello continúa endureciéndose. La prueba termina con una ruptura del cuello.
Los valores típicos de las cantidades que caracterizan la resistencia a la tracción de varios metales y aleaciones se presentan en la tabla. 2. Es fácil ver que estos valores para un mismo material pueden variar mucho según el procesamiento.
| Tabla 2 | ||||
| Metales y aleaciones | Expresar | Límite elástico, MPa | Resistencia a la tracción, MPa | Elongación, % |
| Acero dulce (0,2% C) | laminado en caliente | 300 | 450 | 35 |
| Acero al carbono medio (0,4% C, 0,5% Mn) | endurecido y templado | 450 | 700 | 21 |
| Acero de alta resistencia (0,4 % C, 1,0 % Mn, 1,5 % Si, 2,0 % Cr, 0,5 % Mo) | endurecido y templado | 1750 | 2300 | 11 |
| Hierro fundido gris | Después de lanzar | – | 175–300 | 0,4 |
| Aluminio técnicamente puro | recocido | 35 | 90 | 45 |
| Aluminio técnicamente puro | Templado por deformación | 150 | 170 | 15 |
| Aleación de aluminio (4,5 % Cu, 1,5 % Mg, 0,6 % Mn) | Endurecido por el envejecimiento | 360 | 500 | 13 |
| Totalmente recocido | 80 | 300 | 66 | |
| Latón chapa (70% Cu, 30% Zn) | Templado por deformación | 500 | 530 | 8 |
| tungsteno, alambre | Estirado a un diámetro de 0,63 mm | 2200 | 2300 | 2,5 |
| Plomo | Después de lanzar | 0,006 | 12 | 30 |
Compresión.
Las propiedades elásticas y plásticas bajo compresión suelen ser muy similares a las observadas bajo tensión (Fig. 2). La curva de la relación entre la tensión nominal y la deformación nominal en compresión pasa por encima de la correspondiente curva de tensión sólo porque la sección transversal de la muestra no disminuye durante la compresión, sino que aumenta. Si el esfuerzo real y la deformación real se trazan a lo largo de los ejes del gráfico, entonces las curvas prácticamente coinciden, aunque la fractura ocurre antes en tensión.
Dureza.
La dureza de un material es su capacidad para resistir la deformación plástica. Dado que las pruebas de tracción requieren equipos costosos y mucho tiempo, a menudo se recurre a pruebas de dureza más simples. Cuando se prueba de acuerdo con los métodos de Brinell y Rockwell, se presiona un "indentador" (una punta que tiene la forma de una bola o pirámide) en la superficie del metal a una carga y velocidad de carga determinadas. Luego se mide el tamaño de la impresión (a menudo se hace automáticamente) y se determina el índice de dureza (número). Cuanto más pequeña es la impresión, mayor es la dureza. La dureza y el límite elástico son hasta cierto punto características comparables: normalmente, cuando una de ellas aumenta, la otra también aumenta.
Uno podría tener la impresión de que el límite elástico y la dureza máximos son siempre deseables en los materiales metálicos. De hecho, este no es el caso, y no solo por razones económicas (los procesos de endurecimiento requieren costos adicionales).
Primero, los materiales deben moldearse en varios productos, y esto generalmente se hace mediante procesos (laminado, estampado, prensado) en los que la deformación plástica juega un papel importante. Incluso cuando se mecaniza en una máquina cortadora de metales, la deformación plástica es muy significativa. Si la dureza del material es demasiado grande, entonces se requiere demasiada fuerza para darle la forma deseada, como resultado de lo cual las herramientas de corte se desgastan rápidamente. Las dificultades de este tipo pueden reducirse trabajando los metales a temperaturas elevadas cuando se vuelven más blandos. Si no es posible trabajar en caliente, se utiliza el recocido del metal (calentamiento y enfriamiento lentos).
En segundo lugar, a medida que el material metálico se vuelve más duro, generalmente pierde su ductilidad. En otras palabras, un material se vuelve frágil si su límite elástico es tan alto que no se produce deformación plástica hasta los esfuerzos que provocan inmediatamente la fractura. El proyectista suele tener que elegir unos niveles intermedios de dureza y ductilidad.
Resistencia al impacto y fragilidad.
La tenacidad es lo opuesto a la fragilidad. Esta es la capacidad de un material para resistir la fractura al absorber la energía del impacto. Por ejemplo, el vidrio es quebradizo porque no puede absorber energía a través de la deformación plástica. Con un impacto igualmente fuerte en una lámina de aluminio blando, no surgen grandes tensiones, ya que el aluminio es capaz de deformarse plásticamente, lo que absorbe la energía del impacto.
Existen muchos métodos diferentes para probar la resistencia al impacto de los metales. Cuando se utiliza el método Charpy, se sustituye el impacto de un péndulo retraído por una muestra de metal prismático con muescas. El trabajo invertido en la destrucción de la muestra está determinado por la distancia que el péndulo se desvía después del impacto. Tales pruebas muestran que los aceros y muchos metales se comportan frágiles a bajas temperaturas, pero dúctiles a temperaturas elevadas. La transición de comportamiento frágil a dúctil a menudo ocurre en un rango de temperatura bastante estrecho, cuyo punto medio se denomina temperatura de transición frágil-dúctil. Otras pruebas de impacto también indican la presencia de dicha transición, pero la temperatura de transición medida varía de una prueba a otra según la profundidad de la muesca, el tamaño y la forma de la muestra, y el método y la tasa de carga de impacto. Debido a que ningún tipo de prueba cubre la gama completa de condiciones de operación, la prueba de impacto solo es valiosa porque permite la comparación de diferentes materiales. Sin embargo, proporcionaron mucha información importante sobre el efecto de la aleación, la tecnología de fabricación y el tratamiento térmico en la propensión a la fractura frágil. La temperatura de transición de los aceros, medida mediante el método Charpy con entalla en V, puede alcanzar los +90 °C, pero con las adiciones de aleación y el tratamiento térmico apropiados, puede reducirse a -130 °C.
La fractura frágil del acero ha sido la causa de numerosos accidentes, tales como estallidos inesperados de tuberías, explosiones de recipientes a presión y tanques de almacenamiento, y colapsos de puentes. Entre los ejemplos más conocidos está la gran cantidad de barcos de la clase Liberty cuyos cascos se rompieron inesperadamente mientras navegaban. Como mostró la investigación, la falla de los barcos Liberty se debió, en particular, a una tecnología de soldadura inadecuada, que dejó tensiones internas, control deficiente de la composición de la soldadura y defectos estructurales. La información obtenida como resultado de las pruebas de laboratorio permitió reducir significativamente la probabilidad de tales accidentes. La temperatura de transición frágil-dúctil de algunos materiales, como el tungsteno, el silicio y el cromo, en condiciones normales mucho más alta que la temperatura ambiente. Dichos materiales generalmente se consideran frágiles, y para darles forma deseada debido a la deformación plástica solo es posible cuando se calienta. Al mismo tiempo, cobre, aluminio, plomo, níquel, algunas marcas Aceros inoxidables y otros metales y aleaciones no se vuelven quebradizos al disminuir la temperatura. Aunque ya se sabe mucho sobre la fractura frágil, este fenómeno aún no se puede considerar completamente entendido.
Fatiga.
La fatiga es la destrucción de una estructura bajo la acción de cargas cíclicas. Cuando una parte se dobla en una dirección u otra, sus superficies se someten alternativamente a compresión y tensión. Para un número suficientemente grande de ciclos de carga, la falla puede causar esfuerzos que son mucho más bajos que aquellos en los que ocurre la falla en el caso de una sola carga. Las tensiones alternas provocan una deformación plástica localizada y un endurecimiento por trabajo del material, lo que da como resultado que se produzcan pequeñas grietas con el tiempo. La concentración de tensión cerca de los extremos de tales grietas hace que crezcan. Al principio, las grietas crecen lentamente, pero a medida que disminuye la sección transversal de la carga, aumentan las tensiones en los extremos de las grietas. En este caso, las grietas crecen cada vez más rápido y, finalmente, se extienden instantáneamente a toda la sección de la pieza. Ver también MECANISMOS DE DESTRUCCIÓN.
La fatiga es, con mucho, la causa más común de falla estructural en condiciones de operación. Particularmente susceptibles a esto son las partes de la máquina que operan bajo condiciones de carga cíclica. En la industria aeronáutica, la fatiga resulta ser un tema muy importante debido a las vibraciones. Para evitar fallas por fatiga, es necesario revisar y reemplazar con frecuencia partes de aeronaves y helicópteros.
Arrastrarse.
La fluencia (o fluencia) es un aumento lento en la deformación plástica de un metal bajo una carga constante. Con la llegada de los motores a reacción, las turbinas de gas y los cohetes, las propiedades de los materiales a temperaturas elevadas se han vuelto cada vez más importantes. En muchas áreas de la tecnología, un mayor desarrollo está limitado por las limitaciones asociadas con las propiedades mecánicas de los materiales a alta temperatura.
A temperaturas normales, la deformación plástica se establece casi instantáneamente tan pronto como se aplica una tensión adecuada y aumenta poco a partir de entonces. A temperaturas elevadas, los metales no solo se vuelven más blandos, sino que también se deforman de tal manera que la deformación continúa creciendo con el tiempo. Esta deformación o fluencia dependiente del tiempo puede limitar la vida útil de las estructuras que deben operar a temperaturas elevadas durante largos períodos de tiempo.
Cuanto mayor sea la tensión y mayor la temperatura, mayor será la velocidad de fluencia. Las curvas de fluencia típicas se muestran en la fig. 3. Después de la etapa inicial de deslizamiento rápido (inestable), esta velocidad disminuye y se vuelve casi constante. Antes de la destrucción, la tasa de fluencia aumenta de nuevo. La temperatura a la que la fluencia se vuelve crítica varía para diferentes metales. Las compañías telefónicas están preocupadas por la fluencia cables aéreos en cubierta de plomo, operando a temperaturas normales ambiente; mientras que algunas aleaciones especiales pueden trabajar a 800°C sin mostrar una fluencia excesiva.
La vida útil de las piezas en condiciones de fluencia puede determinarse por la deformación máxima permitida o por fallas, y el diseñador siempre debe tener en cuenta estas dos opciones. La idoneidad de los materiales para la fabricación de productos diseñados para un funcionamiento a largo plazo a temperaturas elevadas, como los álabes de las turbinas, es difícil de evaluar de antemano. Las pruebas durante un tiempo igual a la vida útil esperada a menudo son prácticamente imposibles, y los resultados de las pruebas a corto plazo (aceleradas) no son tan fáciles de extrapolar a períodos más largos, ya que la naturaleza de la destrucción puede cambiar. Aunque las propiedades mecánicas de las superaleaciones mejoran constantemente, el desafío para los físicos de metales y los científicos de materiales siempre será crear materiales que puedan soportar temperaturas aún más altas. Véase también CIENCIA FÍSICA DEL METAL.
ESTRUCTURA CRISTALINA
Arriba, hablamos sobre las leyes generales del comportamiento de los metales bajo la acción de cargas mecánicas. Para comprender mejor los fenómenos correspondientes, es necesario considerar la estructura atómica de los metales. Todos los metales sólidos son sustancias cristalinas. Consisten en cristales, o granos, cuya disposición de átomos corresponde a una red tridimensional regular. Se puede pensar que la estructura cristalina de un metal consiste en planos o capas atómicas. Cuando se aplica un esfuerzo cortante (una fuerza que hace que dos planos adyacentes de una muestra de metal se deslicen uno sobre el otro en direcciones opuestas), una capa de átomos puede moverse una distancia interatómica completa. Tal cambio afectará la forma de la superficie, pero no la estructura del cristal. Si una capa se mueve muchas distancias interatómicas, entonces se forma un "escalón" en la superficie. Aunque los átomos individuales son demasiado pequeños para ser vistos bajo un microscopio, los pasos formados por deslizamiento son claramente visibles bajo un microscopio y se llaman líneas de deslizamiento.
Los objetos de metal ordinarios que encontramos a diario son policristalinos, es decir, consisten en una gran cantidad de cristales, cada uno de los cuales tiene su propia orientación de planos atómicos. La deformación de un metal policristalino ordinario tiene en común con la deformación de un solo cristal que ocurre debido al deslizamiento a lo largo de los planos atómicos en cada cristal. Se observa un deslizamiento notable de cristales enteros a lo largo de sus límites solo en condiciones de fluencia a temperaturas elevadas. El tamaño promedio un cristal, o grano, puede ser de varias milésimas a varias décimas de centímetro. Es deseable un grano más fino, ya que las características mecánicas de un metal de grano fino son mejores que las de uno de grano grueso. Además, los metales de grano fino son menos frágiles.
Deslizamiento y dislocación.
Los procesos de deslizamiento se estudiaron con más detalle en monocristales de metales cultivados en el laboratorio. Quedó claro no sólo que el deslizamiento ocurre en ciertas direcciones definidas y normalmente a lo largo de planos bastante definidos, sino también que los monocristales se deforman con tensiones muy bajas. La transición de monocristales al estado de fluidez comienza para el aluminio en 1 y para el hierro en 15-25 MPa. Teóricamente, esta transición en ambos casos debería ocurrir con voltajes de aprox. 10.000 MPa. Esta discrepancia entre los datos experimentales y los cálculos teóricos ha seguido siendo un problema importante durante muchos años. En 1934, Taylor, Polanyi y Orowan propusieron una explicación basada en el concepto de defectos en la estructura cristalina. Sugirieron que durante el deslizamiento, primero se produce un desplazamiento en algún punto del plano atómico, que luego se propaga a través del cristal. El límite entre las regiones desplazadas y no desplazadas (Fig. 4) es un defecto lineal en la estructura cristalina, llamado dislocación (en la figura, esta línea entra en el cristal perpendicular al plano de la figura). Cuando se aplica un esfuerzo cortante al cristal, la dislocación se mueve y hace que se deslice a lo largo del plano en el que se encuentra. Una vez que se han formado las dislocaciones, se mueven muy fácilmente a través del cristal, lo que explica la "suavidad" de los cristales individuales.
En los cristales metálicos suele haber muchas dislocaciones (la longitud total de las dislocaciones en un centímetro cúbico de un cristal de metal recocido puede ser de más de 10 km). Pero en 1952, los científicos de los laboratorios de Bell Telephone Corporation, al probar la flexión de filamentos muy delgados de estaño, descubrieron, para su sorpresa, que la resistencia a la flexión de tales cristales era cercana al valor teórico de los cristales perfectos. Más tarde, se descubrieron bigotes extremadamente fuertes y muchos otros metales. Se supone que una resistencia tan alta se debe al hecho de que en tales cristales no hay dislocaciones en absoluto, o hay una que se extiende a lo largo de toda la longitud del cristal.
efectos de la temperatura
El efecto de las temperaturas elevadas se puede explicar en términos de dislocaciones y estructura de grano. Numerosas dislocaciones en cristales de un metal endurecido por deformación distorsionan la red cristalina y aumentan la energía del cristal. Cuando el metal se calienta, los átomos se vuelven móviles y se reorganizan en cristales nuevos y más perfectos que contienen menos dislocaciones. Esta recristalización está asociada con el ablandamiento, que se observa durante el recocido de metales.
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| PROBLEMA ONL@YN BIBLIOTECA 1 BIBLIOTECA 2 Nota. El valor del módulo de elasticidad depende de la estructura, composición química y método de procesamiento de materiales. Por lo tanto, los valores de E pueden diferir de los valores promedio dados en la tabla. | Tabla de módulos de Young. Modulos elasticos. Definición del módulo de Young. factor de seguridad.Tabla de módulos de Young
Resistencia a la tracción de materialesTensión mecánica admisible en algunos materiales (cuando se estiran)factor de seguridadContinuará... |
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| Material | Módulo de elasticidad, MPa | el coeficiente de Poisson | |
| Módulo de YoungE | Módulo cortante G | ||
| Hierro fundido blanco, hierro fundido maleable gris | (1,15...1,60) 105 1,55 105 | 4.5 104 - | 0,23...0,27 - |
| Acero al carbono Acero aleado | (2,0...2,1) 105 (2,1...2,2) 105 | (8,0...8,1) 104 (8,0...8,1) 104 | 0,24...0,28 0,25...0,30 |
| Cobre laminado Cobre estirado en frío Cobre fundido | 1,1 105 1,3 105 0,84 105 | 4,0 104 4,9 104 - | 0,31...0,34 - - |
| Bronce fosforoso laminado Bronce al manganeso laminado Bronce al aluminio fundido | 1,15 105 1,1 105 1,05 105 | 4,2 104 4,0 104 4,2 104 | 0,32...0,35 0,35 - |
| Latón estirado en frío Latón laminado en barco | (0,91...0,99) 105 1,0 105 | (3,5...3,7) 104 - | 0,32...0,42 0,36 |
| Aluminio laminado Aluminio trefilado Duraluminio laminado | 0,69 105 0,7 105 0,71 105 | (2,6...2,7) 104 - 2,7 104 | 0,32...0,36 - - |
| Laminado de zinc | 0.84 105 | 3.2 104 | 0,27 |
| Plomo | 0.17 105 | 0.7 104 | 0,42 |
| Hielo | 0.1 105 | (0,28...0,3) 104 | - |
| Vaso | 0.56 105 | 0.22 104 | 0,25 |
| Granito | 0.49 105 | - | - |
| Caliza | 0.42 105 | - | - |
| Mármol | 0.56 105 | - | - |
| Arenisca | 0.18 105 | - | - |
| Mampostería de granito Mampostería de piedra caliza Mampostería de ladrillo | (0,09...0,1) 105 0,06 105 (0,027...0,030) 105 | - - - | - - - |
| Hormigón a la tracción, MPa: 10 15 20 | (0,146...0,196) 105 (0,164...0,214) 105 (0,182...0,232) 105 | - - - | 0,16...0,18 0,16...0,18 0,16...0,18 |
| Madera a lo largo de la veta Madera a lo largo de la veta | Planta de hormigón móvil sobre chasis|||
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