Límites convencionales

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TEORÍA TP Nº
LÍMITE DE FLUENCIA
En los aceros al carbono se presenta el fenómeno denominado fluencia , en el que el
material parece fluir bajo una carga constante antes de entrar en el período de las grandes
deformaciones plásticas.
Ese período de fluencia, que transcurre entre los puntos C y D del diagrama del TP N2, es
tanto más prolongado cuanto más bajo es el contenido de carbono, y consecuentemente, de
manganeso, de modo que el fenómeno de la fluencia puede representarse aproximadamente en la
forma indicada en la Fig. 1 para los aceros de distinta composición química, lo que es sinónimo de
resistencia variable con dicha composición.
σ
100
(daN/mm2 )
C 0,95%
90
C 0,85%
80
C 0,70%
C 0,60%
70
Figura 1
C 0,45%
60
C 0,35%
50
C 0,25%
Realizado: Ing. Oscar Fernando Rodríguez
40
30
C 0,15%
20
10
0
5%
10
15
20
25
30
ε
Se comprueba, en efecto, que cuando la probeta traccionada alcanza la
tensión correspondiente al comienzo de la fluencia, aparecen en su superficie pulida
unas líneas mate con una inclinación aproximada de 45º con respecto a la dirección
del esfuerzo. Esas líneas, llamadas líneas de Lüeders (Fig. 2) van aumentando en
cantidad a medida que transcurre el fenómeno de la fluencia hasta cubrir toda la
superficie de la probeta. El fenómeno de la aparición y extensión de las líneas de
Lüeders se puede hacer fácilmente visible con la ayuda de bamices quebradizos.
Los estudios microscópicos han demostrado que esas líneas representan las
intersecciones internas con la superficie lateral de las capas delgadas del material de
la probeta en que se ha producido una cierta deformación plástica, mientras las
porciones continuas aún permanecen elásticas. Es decir que se trata de cristales que
han quedado deformados por deslizamiento a lo largo de planos cristalinos bien
determinados.
Para explicar el fenómeno, Ludwik y Scheu sugirieron una explicación por la
cual sostienen que las superficies limítrofes de los granos que constituyen el acero
están formadas por un material o cemento quebradizo que impide su deformación
plástica bajo solicitaciones reducidas. En esas condiciones, el acero sigue la ley de
Hooke hasta las proximidades del comienzo de la fluencia, que es el instante en que
comienza la rotura o fragmentación de un material rígido.
Otra teoría admite que la materia intersticial está formada por pequeños
cristales que enlazan las diferentes orientaciones del mosaico cristalino. Esos
minúsculos cristales oponen al desplazamiento una resistencia mayor que los cristales
que unen. De ahí surge la sucesión de oscilaciones durante el período de fluencia,
hasta que dicha resistencia resulta destruida.
E.E.T. Nº 466
Gral. M.N.Savio
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Mecánica
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Año
Div
Ensayo de Tracción Estática
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Figura 2
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Nº
2
Esta teoría explica satisfactoriamente la condición de inestabilidad del acero en el punto
superior de fluencia como, asimismo, el hecho de que cuanto menor es el tamaño del grano del
material, tanto más alto es su límite de fluencia.
Otra consecuencia de esa fenomenología es la de que cuanto mayor es la velocidad de
aplicación de la carga mayor es el valor bajo el cual se alcanza la fluencia, lo cual es el reflejo del
efecto de inercia, aumentando simultáneamente la cantidad de alargamiento durante la fluencia.
La confirmación de esta teoría se hallaría en el hecho de que un acero con fluencia bien
manifiesta, si se lo endurece por torsión o por tracción en frío, pierde por completo ese rasgo
distintivo, cambiando su diagrama s - e discontinuo en otro de desarrollo continuo, como se indica
en la Fig. 3. Se debe admitir que durante esa operación ha quedado destruido el efecto de ese
material cristalino, devolviendo al diagrama del acero el carácter de curva continua que lo asemeja,
desde el punto de vista mecánico, a los demás metales, aunque conserva sus propiedades de
resistencia y ductilidad características.
σ
σ0,2
Realizado: Ing. Oscar Fernando Rodríguez
Figura 3
σe
Límite convencional de fluencia
ε
La desaparición de la fluencia en los aceros endurecidos por torsión en frío, o en los de tipo
inoxidable que no poseen período de fluencia, hizo necesario definir un límite convencional de
fluencia, dado que en todos los tipos de aceros la tensión admisible o de trabajo está directamente
relacionada con el límite de fluencia tanto real como ficticio.
El límite convencional de fluencia se define como la carga que produce en el acero una deformación
permanente del 0,2 %. Por lo cual se lo designa también como límite 0,2 % o simplemente
s0,2 .
La determinación del límite convencional de fluencia puede realizarse del modo siguiente
(Norma IRAM IAS U500-755):
1. Procedimiento de las cargas y descargas (Fig. 4)
De acuerdo con ese procedimiento, una vez colocada la probeta en la máquina de ensayo se
adosa el extensómetro de base B, sobre la cual se miden los alargamientos.
Supóngase que en el transcurso de la carga se ha llegado hasta el punto A de la curva
s - e.
Al descargar la máquina a cero la probeta habrá quedado con una deformación permanente
eA < 0,2 % B, ya que es sobre la base B del extensómetro que se mide la deformación 0,2 %.
Si se vuelve a cargar la probeta con una carga superior a la del punto A, o sea PB > PA , al
descargar se habrá llegado a una deformación e B > 0,2 % B . Por lo cual es posible ubicar por
interpolación entre A y B el punto C donde la deformación permanente es del 0,2 %.
La tensión correspondiente a ese punto da el límite convencional de fluencia o límite 0,2 % .
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2. Procedimiento directo (gráfico)
Dicho procedimiento requiere el trazado previo
de la curva s - e del acero cuyo límite de fluencia
ficticio se desea determinar. Como en el caso
anterior, las deformaciones leídas en el
extensómetro de base B para cada carga permiten
dicho trazado, para cuyo fin se eligen sendas escalas
para
σ0,2
σ
C
A
B
C''
s y e.
Sobre la base de la definición de límite 0,2%, se
calcula la cantidad 0,2% B = 0,002 B, que se toma
sobre el eje de abscisas a partir del origen de
coordenadas y hacia la derecha, en la escala de e .
Se obtiene así el punto C´ , por donde se traza una
paralela a la recta de Hooke del diagrama s - e ,
hasta interceptarlo en el punto C , cuya ordenada
OC´´ es el valor del límite de fluencia buscado. Al
punto C le corresponde una deformación
permanente del 0,2%.
Realizado: Ing. Oscar Fernando Rodríguez
Se debe destacar que el procedimiento
descrito para hallar el límite ficticio de fluencia se
utiliza también para hallar el límite de elasticidad.
Para ello se considera una deformación plástica de
0,01% ó 0,02%, según las normas.
C'
0
εΑ
ε0,2
Figura 4
ε
εΒ
La dificultad del procedimiento resulta evidente más aún considerando el grandor de las
medidas a determinar, sí además tenemos en cuenta que cuanto más apreciación presente el
extensómetro empleado se obtendrán límites más bajos, el que puede variar también con el tiempo de
aplicación de la carga, justifica que las normas fijen, a los efectos comparativos, los puntos que serán
considerados como "límites convencionales de elasticidad".
Así las DIN 50143 y 50145 proponen como tal al valor que corresponde a la carga capaz de
producir una deformación permanente máxima de 0,01 % de la longitud inicial de ensayo l o y
mínima de 0,005 % de lo .
En la determinación de las propiedades mecánicas de un acero dúctil el límite de fluencia
resulta de mayor importancia que el de proporcionalidad, debido a que es el que mejor define su
capacidad para absorver cargas estáticas en el período elástico, teniendo en cuenta que la muy
pequeña deformación que se produce entre estos límites, es recuperable en el tiempo por el fenómeno
de elasticidad diferida.
Además el límite de fluencia resulta de más exacta determinación, pues la disminución de la
carga en ensayos a velocidad de deformación constante, al comenzar el período, fija en el diagrama un
punto geométrico bien definido, más aún cuando el límite elástico y el de escurrimiento, fluencia,
resultan sensiblemente iguales.
Teniendo en cuenta que los diagramas de ensayos también pueden indicarse en función de
las tensiones y deformaciones unitarias (s
- e ), en aquellos materiales que no presentan fluencia, el
límite 0,2 se determina en forma similar a los casos anteriores para un valor de
εp =
∆ℓ p
ℓo
=
ep =
0,2% (s0,2).
0,2 % . ℓ o
mm
= 0,2 %
= 0,002
ℓo
mm
Si bien el límite convencional se toma generalmente para una deformación permanente de
0,2 % de lo , algunas normas aconsejan emplear el 0,1 % ó 0,01 % de lo para los aceros y 0,5 % lo
para cobre electrolítico.
Aclaramos que los límites convencionales no representan una característica física del metal
por lo que bajo ningún concepto pueden compararse con los límites de fluencia. La comparación sólo
puede realizarse determinando los límites convencionales aún en los materiales que presentan
fluencia.
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