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Dos prensas aplican tensión a una muestra tirando de ella, estirando la muestra hasta que se fractura. El esfuerzo máximo que soporta antes de fracturarse es su máxima resistencia a la tracción.

Resistencia máxima a la tracción ( UTS ), a menudo abreviada a resistencia a la tracción ( TS ), resistencia máxima o dentro de las ecuaciones, [1] [2] [3] es la tensión máxima que un material puede soportar mientras se estira o tira antes de romperse. En materiales frágiles , la resistencia a la tracción última está cerca del límite elástico , mientras que en los materiales dúctiles la resistencia a la tracción final puede ser mayor.

La resistencia máxima a la tracción generalmente se encuentra realizando una prueba de tracción y registrando el esfuerzo de ingeniería versus la deformación . El punto más alto de la curva tensión-deformación es la máxima resistencia a la tracción y tiene unidades de tensión.

Las resistencias a la tracción rara vez se utilizan en el diseño de elementos dúctiles , pero son importantes en elementos frágiles. Están tabulados para materiales comunes como aleaciones , materiales compuestos , cerámica , plásticos y madera.

Definición [ editar ]

La máxima resistencia a la tracción de un material es una propiedad intensiva ; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, dependiendo del material, puede depender de otros factores, como la preparación de la muestra, la presencia o no de defectos en la superficie, y la temperatura del entorno de prueba y del material.

Algunos materiales se rompen de forma muy brusca, sin deformación plástica , en lo que se denomina rotura por fragilidad. Otros, que son más dúctiles, incluida la mayoría de los metales, experimentan cierta deformación plástica y posiblemente un estrechamiento antes de fracturarse.

La resistencia a la tracción se define como un esfuerzo, que se mide como fuerza por unidad de área. Para algunos materiales no homogéneos (o para componentes ensamblados) se puede informar simplemente como una fuerza o como una fuerza por unidad de ancho. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad es el pascal (Pa) (o un múltiplo del mismo, a menudo megapascales (MPa), usando el prefijo SI mega ); o, equivalentemente a pascales, newtons por metro cuadrado (N / m 2 ). Una unidad habitual en los Estados Unidos son libras por pulgada cuadrada (lb / in 2o psi). Kilolibras por pulgada cuadrada (ksi o, a veces, kpsi) es igual a 1000 psi y se usa comúnmente en los Estados Unidos para medir las resistencias a la tracción.

Materiales dúctiles [ editar ]

figura 1: Curva de tensión-deformación (σ – ε) de "ingeniería" típica del aluminio
1. Resistencia última
2. Resistencia a la
fluencia 3. Esfuerzo límite proporcional
4. Fractura
5. Deformación compensada (típicamente 0,2%)
figura 2: Curva tensión-deformación "Ingeniería" (rojo) y "verdadera" (azul) típica del acero estructural .
  • 1: fuerza máxima
  • 2: límite elástico (límite elástico)
  • 3: ruptura
  • 4: región de endurecimiento por deformación
  • 5: región de cuello
  • A: Estrés aparente ( F / A 0 )
  • B: Estrés real ( F / A )

Muchos materiales pueden mostrar un comportamiento elástico lineal , definido por una relación tensión-deformación lineal , como se muestra en la figura 1 hasta el punto 3. El comportamiento elástico de los materiales a menudo se extiende a una región no lineal, representada en la figura 1 por el punto 2 (el "límite elástico"), hasta el cual las deformaciones son completamente recuperables al retirar la carga; es decir, una muestra cargada elásticamente en tensión se alargará, pero volverá a su forma y tamaño originales cuando se descargue. Más allá de esta región elástica, para materiales dúctiles , como el acero, las deformaciones son plásticas.. Una muestra deformada plásticamente no vuelve completamente a su tamaño y forma originales cuando se descarga. Para muchas aplicaciones, la deformación plástica es inaceptable y se utiliza como limitación de diseño.

Después del límite de elasticidad, los metales dúctiles experimentan un período de endurecimiento por deformación, en el que la tensión aumenta de nuevo al aumentar la deformación, y comienzan a estrecharse , a medida que el área de la sección transversal de la muestra disminuye debido al flujo plástico. En un material suficientemente dúctil, cuando el estrechamiento se vuelve sustancial, provoca una inversión de la curva de ingeniería esfuerzo-deformación (curva A, figura 2); esto se debe a que la tensión de ingeniería se calcula asumiendo el área de la sección transversal original antes del cuello. El punto de inversión es el esfuerzo máximo en la curva esfuerzo-deformación de ingeniería, y la coordenada de esfuerzo de ingeniería de este punto es la resistencia a la tracción máxima, dada por el punto 1.

La resistencia máxima a la tracción no se usa en el diseño de miembros estáticos dúctiles porque las prácticas de diseño dictan el uso del límite elástico . Sin embargo, se utiliza para el control de calidad, debido a la facilidad de las pruebas. También se utiliza para determinar de forma aproximada tipos de material para muestras desconocidas. [4]

La resistencia máxima a la tracción es un parámetro de ingeniería común para diseñar miembros hechos de material quebradizo porque dichos materiales no tienen límite de elasticidad . [4]

Probando [ editar ]

Muestra de barra redonda después de la prueba de tensión de tracción
Muestras de prueba de tracción de aluminio después de la rotura
Algunas partes muestran la forma de "taza" y otras muestran la forma de "cono"
Artículo principal: Ensayo de tracción

Por lo general, la prueba implica tomar una muestra pequeña con un área de sección transversal fija y luego tirar de ella con un tensómetro a una tasa de deformación constante (cambio en la longitud del calibre dividida por la longitud del calibre inicial) hasta que la muestra se rompa.

Al probar algunos metales, la dureza de la indentación se correlaciona linealmente con la resistencia a la tracción. Esta importante relación permite realizar pruebas no destructivas económicamente importantes de entregas de metal a granel con equipos livianos e incluso portátiles, como los probadores de dureza Rockwell de mano . [5] Esta correlación práctica ayuda a que la garantía de calidad en las industrias metalúrgicas se extienda mucho más allá del laboratorio y las máquinas de prueba universales .

Resistencias típicas a la tracción [ editar ]

Resistencias a la tracción típicas de algunos materiales
MaterialFuerza de producción
(MPa)		Resistencia máxima a la tracción
(MPa)		Densidad
(g / cm 3 )
Acero, acero estructural ASTM A36250400–5507.8
Acero, 1090 dulce2478417.58
Acero al cromo-vanadio AISI 61506209407.8
Acero, acero 2800 Maraging [6]261726938.00
Acero, AerMet 340 [7]216024307,86
Acero, cable de registro Sandvik Sanicro 36Mo alambre de precisión [8]175820708.00
Acero, AISI 4130, templado con agua 855 ° C (1570 ° F), 480 ° C (900 ° F) templado [9]95111107,85
Acero, API 5L X65 [10]4485317.8
Acero, aleación de alta resistencia ASTM A5146907607.8
Lámina de fundición transparente acrílica (PMMA) [11]7287 [12]1,16
Polietileno de alta densidad (HDPE)26–33370,85
Polipropileno12–4319,7–800,91
Acero, inoxidable AISI 302 - laminado en frío520 [ cita requerida ]8608.19
Hierro fundido 4.5% C, ASTM A-481302007.3
Aleación " Liquidmetal " [ cita requerida ]1723550–16006.1
Berilio [13] 99,9% Be3454481,84
Aleación de aluminio [14] 2014-T64144832.8
Resina de poliéster (sin reforzar) [15]5555 
Laminado mate de poliéster y hebras cortadas 30% vidrio E [15]100100 
Compuesto epoxi S-Glass [16]23582358 
Aleación de aluminio 6061-T62413002,7
Cobre 99,9% Cu70220 [ cita requerida ]8,92
Cuproníquel 10% Ni, 1,6% Fe, 1% Mn, saldo Cu1303508,94
Latón200 +5008,73
Tungsteno941151019.25
Vaso 33 [17]2.53
E-vidrioN / A1500 para laminados,
3450 solo para fibras		2,57
S-vidrioN / A47102,48
Fibra de basalto [18]N / A48402,7
MármolN / A152.6
HormigónN / A2-52,7
Fibra de carbonN / A1600 para laminados,
4137 solo para fibras		1,75
Fibra de carbono (Toray T1100G) [19] (las fibras artificiales más fuertes) 7000 fibras solo1,79
Cabello humano140–160200–250 [20] 
Bambú 350–5000.4
Seda de araña (ver nota a continuación)10001.3
Seda de araña, araña de corteza de Darwin [21]1652
Seda de gusano de seda500 1.3
Aramida ( Kevlar o Twaron )362037571,44
UHMWPE [22]24520,97
Fibras de UHMWPE [23] [24] (Dyneema o Spectra)2300–35000,97
Vectran 2850–3340 
Polibenzoxazol (Zylon) [25]270058001,56
Madera, pino (paralelo a la veta) 40 
Hueso (extremidad)104-1211301,6
Nylon, moldeado, tipo 6/64507501,15
Fibra de nailon estirada [26]900 [27]1,13
Adhesivo epoxídico-12-30 [28]-
Caucho-dieciséis 
BoroN / A31002,46
Silicio monocristalino (m-Si)N / A70002,33
Hilos de fibra óptica de vidrio de sílice ultrapura [29]4100
Zafiro (Al 2 O 3 )400 a 25 ° C, 275 a 500 ° C, 345 a 1000 ° C19003.9–4.1
Nanotubo de nitruro de boroN / A330002,62 [30]
Diamante160028003,5
GrafenoN / Aintrínseco 130000; [31] ingeniería 50000-60000 [32]1.0
Primeras cuerdas de nanotubos de carbono?36001.3
Nanotubos de carbono (ver nota a continuación)N / A11000–630000.037–1.34
Compuestos de nanotubos de carbonoN / A1200 [33]N / A
Película de nanotubos de carbono de alta resistenciaN / A9600 [34]N / A
Hierro (monocristalino puro)37.874
Limpet Patella Vulgata dientes (Goethita)4900
3000–6500 [35]
^ a Muchos de los valores dependen del proceso de fabricación y de la pureza o composición.
^ b Los nanotubos de carbono de paredes múltiples tienen la mayor resistencia a la tracción de cualquier material medido hasta ahora, con una medida de 63 GPa, todavía muy por debajo de un valor teórico de 300 GPa. [36] Los primeros cables de nanotubos (20 mm de longitud) cuya resistencia a la tracción se publicó (en 2000) tenían una resistencia de 3,6 GPa. [37] La densidad depende del método de fabricación y el valor más bajo es 0,037 o 0,55 (sólido). [38]
^ c La fuerza de la seda de araña es muy variable. Depende de muchos factores, incluido el tipo de seda (cada araña puede producir varias para diversos fines), la especie, la edad de la seda, la temperatura, la humedad, la rapidez con la que se aplica la tensión durante la prueba, la tensión de longitud y la forma en que se aplica la seda. recogido (sedoso forzado o hilado natural). [39] El valor que se muestra en la tabla, 1000 MPa, es aproximadamente representativo de los resultados de algunos estudios que involucraron a varias especies diferentes de arañas, sin embargo, los resultados específicos variaron mucho. [40]
^ d La fuerza del cabello humano varía según el origen étnico y los tratamientos químicos.
Propiedades típicas de los elementos recocidos [41]
Elemento
Módulo de Young
(GPa)		Compensación o
límite elástico
(MPa)
Fuerza final
(MPa)
silicio1075000–9000
tungsteno411550550–620
planchar21180-100350
titanio120100-225246–370
cobre130117210
tantalio186180200
estaño479-1415-200
aleación de zinc85-105200–400200–400
níquel170140-350140-195
plata83170
oro79100
aluminio7015-2040–50
guiardieciséis12

Ver también [ editar ]

  • Fuerza flexible
  • Resistencia de materiales
  • Estructura extensible
  • Tenacidad
  • Falla
  • Tensión (física)
  • El módulo de Young

Referencias [ editar ]

  1. ^ "Tabla de propiedades mecánicas genéricas de MMPDS" . stressebook.com . 6 de diciembre de 2014. Archivado desde el original el 1 de diciembre de 2017 . Consultado el 27 de abril de 2018 .
  2. ^ Degarmo, Black y Kohser 2003 , p. 31
  3. ^ Smith y Hashemi , 2006 , p. 223
  4. ^ a b "Propiedades de tracción" . Archivado desde el original el 16 de febrero de 2014 . Consultado el 20 de febrero de 2015 .
  5. ^ EJ Pavlina y CJ Van Tyne, " Correlación de límite elástico y resistencia a la tracción con dureza para aceros ", Revista de ingeniería y rendimiento de materiales , 17: 6 (diciembre de 2008)
  6. ^ "MatWeb - el recurso de información de materiales en línea" . Archivado desde el original el 15 de diciembre de 2013 . Consultado el 20 de febrero de 2015 .
  7. ^ "MatWeb - el recurso de información de materiales en línea" . Archivado desde el original el 21 de febrero de 2015 . Consultado el 20 de febrero de 2015 .
  8. ^ "MatWeb - el recurso de información de materiales en línea" . Archivado desde el original el 21 de febrero de 2015 . Consultado el 20 de febrero de 2015 .
  9. ^ "MatWeb - el recurso de información de materiales en línea" . Archivado desde el original el 28 de marzo de 2017 . Consultado el 20 de febrero de 2015 .
  10. ^ "USStubular.com" . Archivado desde el original el 13 de julio de 2009 . Consultado el 27 de junio de 2009 .
  11. ^ [1] Archivado el 23 de marzo de 2014 en la Wayback Machine IAPD Propiedades típicas de los acrílicos
  12. ^ estrictamente hablando, esta cifra es la resistencia a la flexión (o módulo de ruptura ), que es una medida más apropiada para materiales frágiles que la "resistencia máxima".
  13. ^ "MatWeb - el recurso de información de materiales en línea" . Archivado desde el original el 21 de febrero de 2015 . Consultado el 20 de febrero de 2015 .
  14. ^ "MatWeb - el recurso de información de materiales en línea" . Archivado desde el original el 21 de febrero de 2015 . Consultado el 20 de febrero de 2015 .
  15. ^ a b "Guía de plástico reforzado con vidrio (fibra de vidrio) - Suministros de fibra de vidrio de la costa este" . Archivado desde el original el 16 de febrero de 2015 . Consultado el 20 de febrero de 2015 .
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  17. ^ "Propiedades del material de vidrio de cal sodada (flotado) :: MakeItFrom.com" . Archivado desde el original el 3 de julio de 2011 . Consultado el 20 de febrero de 2015 .
  18. ^ "Fibras continuas de basalto" . Archivado desde el original el 3 de noviembre de 2009 . Consultado el 29 de diciembre de 2009 .
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  20. ^ "Cabello de prueba de tracción" . instron.us . Archivado desde el original el 28 de septiembre de 2017.
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Lectura adicional [ editar ]

  • Giancoli, Douglas, Física para científicos e ingenieros, tercera edición (2000). Upper Saddle River: Prentice Hall.
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  • T Follett, Vida sin metales
  • Min-Feng Y, Lourie O, Dyer MJ, Moloni K, Kelly TF, Ruoff RS (2000). "Mecanismo de resistencia y ruptura de nanotubos de carbono de paredes múltiples bajo carga de tracción" (PDF) . Ciencia . 287 (5453): 637–640. Código Bibliográfico : 2000Sci ... 287..637Y . doi : 10.1126 / science.287.5453.637 . PMID  10649994 . Archivado desde el original (PDF) el 4 de marzo de 2011.
  • George E. Dieter, Metalurgia mecánica (1988). McGraw-Hill, Reino Unido