Un material elastoplástico con endurecimiento por deformación tiene la relación mostrada en la Figura 1.6(c).El módulo de elasticidades 25 x 106 psi, la resistencia de fluencia es igual a 70 ksi y la pendiente de la parte de endurecimiento por deformación del diagrama de esfuerzo-deformación es 3 x 106 psi.
a. Calcule la deformación correspondiente a un esfuerzo de 80 ksi.
b. Si se elimina el esfuerzo de 80 ksi, calcule la deformación permanente.
Para algunos materiales, a medida que se incrementa el esfuerzo aplicado al elemento, la deformación se incrementará de manera proporcional hasta alcanzar un cierto punto. Después de ese punto, la deformación se incrementará aplicando muy poco esfuerzo adicional. En este caso, el material exhibe un comportamiento elástico lineal, seguido de una respuesta plástica. El nivel de esfuerzo para el que el comportamiento cambia de elástico a plástico se denomina límite de elasticidad. Cuando la carga se elimina del elemento, parte de la deformación se recuperará y otra parte será permanente, como puede verse en la Figura 1.6(a).Como veremos en el Capítulo 2, el comportamiento plástico indica una deformación permanente del elemento, de modo que éste no vuelve a su forma original al eliminar la carga. Esto indica que, cuando se aplica la carga, los enlaces atómicos se estiran o comprimen, dando lugar a una respuesta elástica. A continuación, los átomos pasan a deslizarse realmente los unos con respecto a los otros. Cuando se elimina la carga, el deslizamiento atómico no se revierte; sólo se revierte el estiramiento o compresión de los enlaces atómicos (Callister, 2003).
Se utilizan diversos modelos para representar el comportamiento de los materiales que exhiben tanto una respuesta elástica como plástica LaFigura 1.6(b) muestra una respuesta elástica lineal-plástica perfecta, en la que el material exhibe, al ser cargado, una respuesta elástica lineal, seguida de una respuesta completamente plástica. Si dicho material se descarga después de que se haya deformado plásticamente, se recuperará de una forma elástica lineal y seguirá una línea recta paralela a la parte elástica de la curva, de manera que el material presentará una cierta deformación permanente. Si se vuelve a cargar el material, tendrá una respuesta elástica lineal, seguida de una respuesta plástica para el mismo nivel de esfuerzo para que el que se descargó el material (Popov 1968).
La Figura 1.6(c) muestra una respuesta elastoplástica en la que la primera parte es una respuesta elástica seguida de una combinación de respuesta elástica y plástica. Si se elimina la carga después de la deformación plástica, la relación esfuerzo-deformación seguirá una línea recta paralela a la parte elástica; en consecuencia, se eliminará parte de la deformación del material, mientras que el resto de la deformación se convertirá en permanente. Al volver a cargar el material, éste se comportará de nuevo de forma elástica lineal, hasta el nivel de esfuerzo conseguido en el ciclo de esfuerzo anterior. Después de ese punto, el material seguirá la curva original de esfuerzo-deformación. Por tanto, el esfuerzo requerido para provocar una deformación plástica se va incrementando. Este proceso de denomina endurecimiento por deformación o endurecimiento por tratamiento mecánico. El endurecimiento por deformación puede ser beneficioso en algunos casos, dado que permite aplicar un mayor esfuerzo sin que se produzca una deformación permanente. El acero dulce es un ejemplo de material que experimenta un endurecimiento por deformación durante la deformación plástica.
Algunos materiales exhiben lo que se denomina un ablandamiento por deformación, que consiste en que la deformación plástica provoca un debilitamiento del material. El hormigón de cemento portland es un buen ejemplo de este tipo de material. En este caso, la deformación plástica provoca microfisuras en la interfaz entre el árido y la pasta de cemento.