CIENCIA DE MATERIALES PRÁCTICA 2.1

Ensayo de tracción

GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA

MIGUEL CASTILLÓN DE MIGUEL

Elobjetivodelapracticaescomprobarlascaracterísticasmecánicasdeunaceroalcarbono (F114) a partir de un ensayo de tracción. Este ensayo, es uno de losensayosdestructivosmasutilizados.El fundamentodeeste ensayoes someter auna probeta normalizada a esfuerzos progresivos y crecientes de tracción endirecciónaxialhastaque lleguea ladeformacióny seguidamentea la rotura.Unesfuerzo axial es aquel que esdebido a fuerzasque actúan a lo largodel ejedelelemento.Este ensayo,mide la resistencia de unmaterial a una fuerza estática o aplicadalentamente. Las velocidades de deformación enun ensayode tensión suelen sermuypequeñas.En un ensayo de tracción, podemos determinar diferentes características de losmaterialeselásticoscomoson:Modulodeelasticidad:Tambiénconocidocomo“MódulodeYoung”,eselresultadodedividirlatensiónporladeformaciónunitaria,dentrodelaregiónelásticadeundiagramaesfuerzo-deformación.CoeficientedePoisson:Cuantificalarazónentreelalargamientolongitudinalyelacortamientodelaslongitudestransversalesaladireccióndelafuerza.Limite de proporcionalidad: Valor de la tensión por debajo de la cual elalargamientoesproporcionalalacargaaplicada.Límitede fluencia:Valorde la tensiónquesoporta laprobetaenelmomentodeproducirse el fenómeno de fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona detransición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por unrápidoincrementodeladeformaciónsinaumentoapreciabledelacargaaplicada.Límiteelástico:Valordelatensiónalaqueseproduceunalargamientoprefijadode antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado. Es lamáximatensiónaplicablesinqueseproduzcandeformacionespermanentesenelmaterial.Carga de rotura: También conocida como resistencia a la tracción, es la cargamáximaresistidaporlaprobetadivididaentrelaseccióninicialdelaprobeta.Alargamientoderotura:incrementodelongitudquehasufridolaprobeta.Semideentredospuntoscuyaposiciónestanormalizadayseexpresaentantoporciento.Estricción:eslareduccióndelasecciónqueseproduceenlazonadelarotura.MATERIALESElmaterial principal es elAcero, en este casoutilizaremosdosprobetas, unadeformadechapaylaotradeprobeta,ambassondeunaceroF-114(C45),apartirde las cuales y del ensayo de tracción podremos comprobar las característicasmecánicas.

También será necesario utilizar un calibre o un pie de rey para tomar lasmedidasdelosdiámetros,asícomodelaslongitudesdenuestrasprobetas,antesydespuésdelensayo.

Lapartemasimportantedelapracticaserealizaraconlamaquinadetracción.Lamaquinaqueutilizaremosserálamaquinauniversaldetracción,compresiónyfluencia, cuyo embolo produce tracciones, compresiones y flexiones a voluntad,aplicando las cargas deseadas a la probeta colocada y sujeta en lamáquina pormediodelasmordazasadecuadas.EstamaquinaeslaqueproducelaroturaenlasprobetasydedondeobtendremoslagraficaF(Kp)-Al(mm).

CALCULOS

En esta practica realizaremos dos ensayos, el primero con una probeta y elsegundoconunachapa,conlocualloestudiaremosporseparado:

PROBETACILINDRICA:Lasprobetassonnormalmentebarrasdesecciónregularyconstante,casisiemprecircular, aunque susextremidades sondemayor sección,parapoder fijarlas a lamaquinadetracción.Enlasprobetassehacendosmarcasentrelascualessemidelalongitud.Lo primero que debemos calcular, será la longitud y la sección de la probeta,operaciónquerealizaremosconayudadelcalibre.

Obtenemosque:

𝐿 = 100𝑚𝑚∅ = 10𝑚𝑚

𝐿' = 𝑘 ∗ 𝑆 = 8,16 ∗ 𝜋 ∗ 𝑟'0 = 8,16 ∗ 𝜋 ∗ 50 = 72,31𝑚𝑚

𝑆𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 =𝐿 − 𝐿'2 =

100 − 72,312 = 13,84𝑚𝑚

Dividimoslaprobetaen10partesigualesporsinorompieraeneltercio

central:

Conlosdatostomadosylasdivisionesrealizadas,montaremoslaprobetaenla

máquinauniversaldetracción.Colocaremos la escala adecuada en la máquina, colocaremos el papel

milimetrado en el tambor, ajustando la velocidad de lamáquina a 35mm/min y

colocaremoslaprobetadentrodelasmordazasutilizandolosdiscosdeajustebienfijados.

Unavezpuestaenmarchalamaquina,vemoscomolaprobetasevaalargando

ydeformandohastallegarasurotura.Cuandolaprobetaseharoto,observamoslacargamáxima,ennuestrocasonos

hadadounacargamáximade3150Kp.Paraobtenerlosresultadosnosfijamospordondeseharotolaprobeta,en

nuestrocaso,comoseharotofueradeltercocentraldelamisma,cogemoslamenordistanciadesdedondeseharotoalpuntodecalibraciónA.Paracalcularelalargamientoenunaprobetaquenorompeporelterciocentralhacemoslosiguiente:

Desdedondeseharotosecogelamínimadistanciaalpuntodecalibración(A).

- LlevamosesadistanciaalotroladoobteniendoB.- ContamoselnúmerodedivisionesentreAyB(n).

SegúnsealadiferenciaN-nlaroturaesparoimpar:

𝑇𝑖𝑝𝑜𝑟𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑁 − 𝑛 = 10 − 4 = 6 → 𝑅𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎𝑝𝑎𝑟Elalargamientosecalculaapartirdelasiguienteecuación:

∆𝑙 =𝐴𝐵 + 2𝐵𝐶 − 𝐿'

𝐿'∗ 100

Donde:

- 𝐴𝐵=n(divisiones)- Con𝐵𝐶 = LMN

0→MarcamoselpuntoC:medimosconelcalibre𝐴𝐵y𝐵𝐶ylo

sustituimosenlafórmuladelalargamientoenmm.Asíobtenemoselalargamientoporcentual:

∆𝑙 =3,6 + 2 ∗ 2,6 − 72,31

72,31 ∗ 100 = 21,69%

Laresistenciamecánica:

𝑅Q =𝐹SáU𝑆VNWXWYZ

=3150𝜋 ∗ 50 = 40,11 𝐾𝑝 𝑚𝑚0

Ellímiteelástico:

𝑒\] =𝐹 _YZ(𝑘𝑝)

𝐹bcádWXY(𝑚𝑚)=315033 = 95,45 𝐾𝑝 𝑚𝑚

𝐿. 𝐸. = 𝑑hbcádWXY ∗ 𝑒\] = 27 ∗315033 = 2577,27𝐾𝑝

Módulodeelasticidad:

𝐴𝑙ij = 2𝑚𝑚 ∗ 𝑒\U𝑚𝑚 = 2 ∗ 0,22 = 0,44𝑚𝑚

𝐹ij = 𝐷ij\cYdWXY ∗ 𝑒\] = 21 ∗ 95,45 = 2004,45𝑘𝑝

𝐸 =𝐹ij

𝑆'𝐴𝑙ij

𝐿'

=2004,45

𝜋 ∗ 500,44

72,31= 4194,2183 𝐾𝑝 𝑚𝑚0

Tensiónderotura:

𝑅l = 𝑑d\cádWXY ∗ 𝑒\] = 38 ∗ 95,45 = 3627,1𝐾𝑝Secciónfinal:

𝑆l = 𝜋 ∗ 𝑟0 = 𝜋 ∗ 3,750 = 44,178𝑚𝑚0Estricción:

𝑍 =𝑆' − 𝑆d𝑆'

∗ 100 =𝜋 ∗ 50 − 𝜋 ∗ 3,750

𝜋 ∗ 3,730 ∗ 100 = 77,7778%

Probetadechapa.

La preparación de esta practica será igual que la anterior, por lo tanto lo

primeroenhacerserácalcularsu longitudysusección,peronoseccióncircularcomoenelcasoanterior,sinoelgrosorylaanchura.

Obtenemosque:

𝐿 = 100𝑚𝑚𝐿' = 80𝑚𝑚

𝑒 = 2𝑚𝑚𝑏 = 20𝑚𝑚

Donde“e”eselespesor,“b”laalturay“𝐿'”ladistanciaentrelasmarcas.Como en la probeta cilíndrica, calcularemos la distancia que tiene que haber

entrelacabezadelaprobetay𝐿'.

𝑆𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 =𝐿 − 𝐿'2 =

100 − 802 = 10𝑚𝑚

Al igualqueantes,dividiremos𝐿'en10partes, igualqueenlaprobetacilíndrica.Seguidodeestocolocaremoslaprobetadechapaenlamaquinaconlosaccesoriosadecuados y someteremos la probeta a la maquina. Colocaremos el papelmilimetradoeneltambor,ajustaremoslamaquinaalamismavelocidadqueantes,35mm/minyledaremosmarcha.

Traselensayo,elmedidormarcaunafuerzamáximade625Kpcuandolaprobetaharoto.

SegúnsealadiferenciaN-nlaroturaesparoimpar:

𝑇𝑖𝑝𝑜𝑟𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑁 − 𝑛 = 10 − 6 = 4 → 𝑅𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎𝑝𝑎𝑟Elalargamientosecalculaapartirdelasiguienteecuación:

∆𝑙 =𝐿′' − 𝐿'𝐿'

∗ 100 =105 − 80

80 ∗ 100 = 31,25%

Laresistenciamecánica:

𝑅Q =𝐹SáU𝑆'

=6252 ∗ 20 = 15,625 𝐾𝑝 𝑚𝑚0

Ellímiteelástico:

𝑒\] =𝐹 _YZ(𝑘𝑝)

𝐹bcádWXY(𝑚𝑚)=62511 = 56,82 𝐾𝑝 𝑚𝑚

𝐿. 𝐸. = 𝑑hbcádWXY ∗ 𝑒\] = 8 ∗ 56,82 = 454,56𝐾𝑝Módulodeelasticidad:

𝐴𝑙ij = 2𝑚𝑚 ∗ 𝑒\U = 2 ∗ 0,38 = 0,76𝑚𝑚

𝐸 =𝐿. 𝐸.

𝑆'𝐴𝑙ij

𝐿'

=454,56

400,76

72,31= 1196,2 𝐾𝑝 𝑚𝑚0

Tensiónderotura:

𝑅l = 𝑑d\cádWXY ∗ 𝑒\] = 14 ∗ 56,82 = 795,48𝐾𝑝