¿La relajación de acero es de plástico?

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La ley de Hooke define una relación lineal-elástica entre el estrés y la tensión.

σ=miϵ

El acero se comporta como un material lineal-elástico, siguiendo de cerca la Ley de Hooke. Sin embargo, muestra comportamientos no elásticos como la relajación. La relajación es el comportamiento en el que un miembro bajo tensión constante muestra estrés variable (y reduce) con el tiempo.

Mi pregunta es: ¿la relajación es plástica? Si el miembro relajado fuera liberado, ¿cómo se comportaría? ¿Seguiría un camino definido por su módulo elástico? Si este es el caso, entonces terminará con una deformación plástica, ¿no? Después de todo, cuando está estresado, el miembro habrá alcanzado . Después de la relajación, alcanzará ( σ 2 , ϵ 1 ) . Una vez liberado, debería alcanzar σ = 0 , lo que implica en ϵ = ϵ 1 - σ 2(σ1,ϵ1)(σ2,ϵ1)σ=0 0 y desdeσ2<σ1, que implica en una diferente de ceroε.ϵ=ϵ1-σ2miσ2<σ1ϵ

¿O hay algún otro comportamiento? ¿Cambia el módulo elástico para permitir un retorno sin deformaciones plásticas?

Wasabi
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Es bastante seguro que la fluencia siempre se considera plástica, de lo contrario, solo sería una "desviación" regular.
grfrazee
Sí, la fluencia siempre es de plástico, eso lo sé. Sin embargo, la relajación y la fluencia son procesos viscoplásicos distintos. Mi pregunta es si la relajación también es plástica (creo que lo es, pero no estoy seguro).
Wasabi
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Oh, pensé que eran dos palabras para el mismo fenómeno. Mis disculpas. ¿Te refieres a la relajación del estrés ?
grfrazee
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@Wasabi En respuesta a su pregunta, es la relajación del plástico de acero , luego, de acuerdo con esta referencia sobre el acero tensado , el incremento de tensión en la relajación se describe como viscoplástico. Entonces la respuesta es sí.
AsymLabs
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@Wasabi: Los términos plástico y viscoplástico tienen significados matizados. Desde una perspectiva de ingeniería, el plástico implica acero deformado permanentemente, habiendo alcanzado la zona de plasticidad (como se definió anteriormente, como se puede observar por el cuello de un cupón de acero), mientras que el viscoplástico tiene que ver con algo que fluye como un líquido bajo sostenido. estrés pero no está visiblemente deformado. Entonces, técnicamente se podría argumentar que la respuesta es sí, es viscoplástica, pero no, no es de plástico. Ver este resumen .
AsymLabs

Respuestas:

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En resumen, sí, la relajación probablemente debería considerarse una deformación plástica, ya que la deformación plástica se define como una deformación no recuperable cuando se eliminan las tensiones aplicadas.

Explicación Definitiva

ε0 0ε0 0

El |ε1El |<El |ε0 0El |El |ε0 0-ε1El |>0 0

Explicación termodinámica y cinética

Si la explicación de definición es insuficiente, también podemos ver esto desde un punto de vista termodinámico y cinético. Supongamos por el momento que el acero es, en cambio, un solo cristal de hierro puro. La tensión elástica almacena energía en la red cristalina. Debido a que la energía es más alta que su estado de reposo, hay energía libre disponible para hacer el trabajo y, por lo tanto, una fuerza impulsora para la reorganización de los átomos en la red cristalina. También hay defectos puntuales en la red en forma de vacantes o átomos faltantes. Las fluctuaciones aleatorias causan que los átomos vecinos llenen las vacantes, lo que hace que las vacantes se muevan alrededor de la red. Las vacantes proporcionan un medio para la reorganización de los átomos.

Tenga en cuenta que si la deformación no es isotrópica (es decir, no es puramente hidrostática), entonces el campo de deformación reticular aumenta las vacantes ligeramente en las direcciones de deformación por tracción que en las direcciones de deformación por compresión. Como resultado, la barrera de energía para moverse en las direcciones de tracción será menor que en las direcciones de compresión. Piense en los átomos que se exprimen entre sus vecinos en la dirección de compresión a lo largo de las direcciones de tracción. Por lo tanto, habrá un flujo neto de átomos en el cristal, con átomos que tienden a moverse desde direcciones de alta compresión a direcciones de alta tensión. El efecto general a largo plazo es extender el cristal en las direcciones de tensión y acortar el cristal en las direcciones de compresión, causando una deformación no recuperable. Los mismos efectos ocurren con múltiples granos, excepto que la mecánica se complica por la presencia de límites de grano y diferentes orientaciones de cristal. Los mismos efectos también ocurren con la presencia de átomos intersticiales como el carbono, y probablemente tengan un efecto insignificante en el movimiento de vacantes, ya que no se interponen en el camino (aunque no estoy 100% seguro de esta parte, vea la nota a continuación).

Lo anterior es una teoría muy probable basada en las teorías del flujo de vacantes y la migración del límite de grano debido a tensiones térmicas (por ejemplo, fluencia y crecimiento de grano) y del movimiento de dislocación, que se han observado directamente. Sin embargo, el comportamiento descrito para la relajación no se ha observado directamente a mi leal saber y entender (es decir, con un microscopio electrónico de túnel).

Nota

* Los átomos intersticiales tendrán una energía más baja en los sitios intersticiales alineados con las direcciones de tracción, ya que esos sitios tienen un volumen ligeramente mayor. Esto está relacionado con la tensión anelastic y la formación de martensita, pero puede o no tener un impacto en la relajación. Sin embargo, vale la pena señalar que la tensión puramente axial puede inducir propiedades anisotrópicas en el acero.

wwarriner
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