Ensayo de tracción NO VALIDO

Materiales Prácticas de laboratorio

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PRACTICA 3:

ENSAYO DE TRACCIÓN

David Bueno Sáenz

Grado ingeniería mecánica

Grupo Laboratorio A-3


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ENSAYO DE TRACCIÓN

OBJETIVO

Los objetivos de esta práctica consisten en:

• Realizar un ensayo de tracción para poder caracterizar las propiedades

mecánicas de un metal mediante su comportamiento tensión-deformación.

• Familiarizarse con el empleo de estas técnicas, la normativa existente para los

ensayos, las unidades de medida, los valores característicos, así como el empleo

de las gráficas tensión-deformación obtenidas en el ensayo.

MATERIAL

► Probeta de chapa de acero F1140 (C45; Acero no aleado con un 0,45% de

carbono sin impurezas) según la norma de caracterización del ensayo, de las

siguientes dimensiones:

L=100mm (Longitud de la zona de trabajo)

Lo=80mm (Longitud de la zona de trabajo con diámetro constante)

A=20mm (Anchura de la zona de trabajo)

S=40mm2 (Area)

l=10mm (distancia hasta la zona de trabajo)

► Probeta cilíndrica de acero F1140 (C45; Acero no aleado con un 0,45% de

carbono sin impurezas) según la norma de caracterización del ensayo, de las

siguientes dimensiones:

L=100mm (Longitud de la zona de trabajo)

Lo=72,23mm (Longitud de la zona de trabajo con diámetro constante)

Radio=5mm

A=20mm (Anchura de la zona de trabajo)

l=13mm (distancia hasta la zona de trabajo)


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L=72,32mm (Longitud de la zona de trabajo)

► Calibre

► Maquina universal de tracción compresión y flexión estática

Imagen 1: Maquina universal de tracción compresión y flexión estática

► Maquina universal de tracción compresión y flexión estática (con control

electrónico)

Imagen 2: Maquina universal de tracción compresión y flexión estática con

control electrónico


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FUNDAMENTO

Para conocer las propiedades mecánicas de algunos materiales como los metálicos y

determinar así las cargas que pueden soportar, se efectúan ensayos destructivos o no

destructivos para medir su comportamiento en distintas situaciones. Con estos ensayos

se pretenden obtener las curvas características de tensión-deformación como método de

caracterización de las propiedades mecánicas de los materiales.

El ensayo destructivo más importante es el ensayo de tracción, en el cual se somete

a una probeta metálica esfuerzos de tracción hasta su rotura, midiéndose en todo

momento la carga aplicada y obteniéndose los resultados en una curva tensión-

deformación.

Se recurre para ello a una máquina universal de ensayos donde se coloca una

probeta fijada entre dos mordazas, una fija y otra móvil y se procede a medir la carga

mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil. La máquina de ensayo

impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La

celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga

aplicada, las máquinas poseen un plotter que grafica la curva esfuerzo deformación.

Nuestro acero (F1140) tiene una composición del 0,45% de carbono lo que supone

por una sencilla regla de tres que su composición será de:

%56,5010089,0

45,0% =•=PERLITA

%43,49% =FERRITA

Puesto q la perlita es el más dúctil y blando de los constituyentes de las aleaciones

hierro-Carbono, el alto índice que presenta este acero parece indicar que este poseerá

una buena tasa de alargamiento.


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El ensayo de tracción puede realizarse tanto en una probeta de sección circular como

en una probeta plana. Existe una normativa que especifica la metodología de ensayo

según se realiza de una u otra manera.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

1ª PARTE: ENSAYO CON PROBETA CILINDRICA

Se procedió a partir de las medidas tomadas de la probeta, según el procedimiento

de ensayo que marca la normativa correspondiente a dividir la zona de trabajo en diez

partes iguales, según las siguientes medidas:

mmLL

102

80100

20

=−

=−

cuya medida comparamos con la tabla 4 de la página 24

de la normativa para concluir que se hace necesario dividir los 80 mm en 10 partes

iguales de 8mm cada una mediante un rotulador.

Marcada la probeta, se procedió a montarla en la máquina para el ensayo de tracción

y se procedió a realizar el ensayo.

Al final del ensayo, la maquina nos proporciona una gráfica de tensión-deformación

sobre una escala de cuadros sin graduar y el valor del esfuerzo máximo soportado en kp.

2ª PARTE: ENSAYO CON PROBETA PLANA

De igual forma, se procedió a partir de las medidas tomadas de la probeta, según el

procedimiento de ensayo que marca la normativa correspondiente a dividir la zona de

trabajo en diez partes iguales, según las siguientes medidas:


6

mmLL

132

68,27

2==

− cuya medida comparamos con la tabla 4 de la página 24 de

la normativa para concluir que se hace necesario dividir los 80 mm en 10 partes iguales

de 7,23 mm cada una mediante un rotulador.

Marcada la probeta, se procedió a montarla en la máquina para el ensayo de tracción

y se procedió a realizar el ensayo.

Al final del ensayo, la maquina nos proporciona una gráfica de tensión-deformación

sobre una escala de cuadros sin graduar y el valor del esfuerzo máximo soportado en kp.

2ª PARTE: ENSAYO EN MAQUINA ELECTRÓNIA

Esta tercera parte de la práctica se realizó en una jornada distinta y no consecutiva

por la falta de disponibilidad de la maquinaria en aquel momento. Su objetivo y

fundamento es el mismo que en el ensayo en el que utilizamos la máquina universal,

pero la diferencia en este caso es la capacidad de regulación y obtención de datos de

manera electrónica de este equipo con lo que se pueden ajustar de mejor manera la

relación tiempo y esfuerzo aplicado y se obtienen unas curvas de tensión-deformación

muy precisas.

Para esta ocasión se recurrió también a una probeta cilíndrica F-115 pero esta vez

templada con enfriamiento en agua, con lo que se podrá observar también el efecto

sobre las propiedades mecánicas de un metal producido por el temple (incremento de la

dureza y resistencia así como un comportamiento má frágil)

Para ello se colocó la probeta entre las mordazas del equipo, ajustando su posición

de manera simétrica en ambas partes, y se procedió a aplicar la carga de tensión hasta la

rotura de probeta (de la misma forma que con la máquina universal pero ajustando todos

los parámetros digitalizadamente mediante la electrónica en lugar de mediante ajustes

mecánicos)


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RESULTADOS Y DETERMINACION DE LOS

PUNTOS SOBRE LA GRAFICA

1ª PARTE: ENSAYO CON PROBETA CILINDRICA

Imagen 1: Resultados de ensayo de tracción con la probeta cilíndrica


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Se obtuvieron las siguientes deformaciones:

Radio final: 4,3 mm

Con este valor procedemos a determinar el tanto por ciento de estricción para lo

cual:

%191005

3,45100100(%)

2

022

2

022

0=⋅

−=⋅

−=⋅

−=

π

ππ

π

ππ

r

rr

S

SSZ

Determinado este valor procedemos a determinar el % de alargamiento, pora lo cual

recurrimos al procedimiento de la descripción del ensayo (motivo por el cual se habían

realizado las divisiones en la probeta)

n es el número de marcas entra x e e incluido y=1 (se cuenta hacia el lado de mayor

longitud). En este caso N-n = 10 -1 = 9 con lo que se denomina como rotura impar y

entonces se determina el alargamiento como:

100(%)0

'''⋅

++

=L

dddA

yzxzxy

Siendo

Y: punto de estricción y ruptura.

Z´: Marca a ⋅−−

2

1nNdivisiones de y (a cuatro divisiones en nuestro caso)

Z´´: Marca a ⋅+−

2

1nNdivisiones de y (a cinco divisiones en nuestro caso)

Siendo n el número de marcas entra x e e incluido y=1

dxy: 1,70mm

dyz´:34,75mm

dyz´´:43,24mm

%15,1010032,72

32,7224,4372,347,1(%) =⋅

−++=A


9

Procedemos ahora a determinar la resistencia a la tracción a partir del esfuerzo

máximo soportado, mostrado por su valor en el punto F (obtenido en las gráficas

anteriormente expuestas de tensión deformación) y la sección:

MpaN

S

FTs 20,38

1085,7

330005

0

max=

•==

−

Con el valor de el esfuerzo máximo, contando el número de divisiones en las escala

de la gráfica y dividiendo su magnitud por este determinamos el valor en kP que

corresponde a cada división y así podemos determinar otros valores con posterioridad.

kPdivisiones

NionValordivis 6,84

39

3300==

Ahora para poder determinar el límite elástico según las condiciones del punto B de

la grafica en las que se considera una deformación máxima de el esfuerzo aplicado es de

27 x 86,4 = 2284 Kp o N.

Para determinar el módulo elástico recurrimos al punto A, en el cual se sabe que la

deformación es de 2mm y la tensión se determina multiplicando el numero de

cuadrículas por el esfuerzo que representa cada una, 10 x 86,4 = 864 Kp

En cuanto a la deformación, si atendemos al eje de abcisas podemos contar 50

divisiones hasta el punto de rotura F para el cual el diámetro final es de 7,34 que

dividido por el número de divisiones concluimos que cada división representa 7,34/50 =

0,146 mm que multiplicado por dos supone la deformación en este punto.

MpaN

LL

SFE 49,2724

32,72/146,0*2

53,78/864/

0

0max==

∆=


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2ª PARTE: ENSAYO CON PROBETA PLANA

Imagen 1: Resultados de ensayo de tracción con la probeta plana

Se obtuvieron las siguientes deformaciones:

Radio final: 4,3 mm

Con este valor procedemos a determinar el tanto por ciento de estricción para lo

cual:

%191005

3,45100100(%)

2

022

2

022

0=⋅

−=⋅

−=⋅

−=

π

ππ

π

ππ

r

rr

S

SSZ

Determinado este valor procedemos a determinar el % de alargamiento, pora lo cual

recurrimos al procedimiento de la descripción del ensayo (motivo por el cual se habían

realizado las divisiones en la probeta)

n es el número de marcas entra x e e incluido y=1 (se cuenta hacia el lado de mayor

longitud). En este caso N-n = 10 -4 = 6 con lo que se denomina como rotura par y

entonces se determina el alargamiento como:


11

1002

(%)0

0⋅

−+

=L

LddA

xzxy

Siendo

Y: punto de estricción y ruptura.

z=6/2=3 posicion de z (a tres intervalos de la división y)

Siendo n el número de marcas entra x e e incluido y=1

dxy: 43mm

dyz´:23mm

%25,1110080

8023*243(%) =⋅

−+=A

Procedemos ahora a determinar la resistencia a la tracción a partir del esfuerzo

máximo soportado mostrado por su valor en el punto F (obtenido en las gráficas

anteriormente expuestas de tensión deformación) y la sección:

MpaN

S

FTs 50,22

10.40

9006

0

max===

−

Con el valor de el esfuerzo máximo, contando el número de divisiones en las escala

de la gráfica y dividiendo su magnitud por este determinamos el valor en kP que

corresponde a cada división y así podemos determinar otros valores con posterioridad.

kPdivisiones

NionValordivis 5,37

24

900==

Ahora para poder determinar el límite elástico según las condiciones del punto B de

la grafica en las que se considera una valor de esfuerzo aplicado de 22 x 37,5 = 825 Kp

o N.

Para determinar el módulo elástico recurrimos al punto A, en el cual se sabe que la

deformación es de 2mm y la tensión se determina multiplicando el numero de

cuadrículas por el esfuerzo que representa cada una, 10 x 37,5 = 375 Kp


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MpaN

LL

SFE 375

80/2

1040/375/ 6

0

0max=

⋅=

∆=

−

3ª PARTE: ENSAYO EN MAQUINA DE REGULACIÓN

ELECTRÓNICA

Como ya hemos comentado, esta tercera parte se realizó en otra jornada, únicamente

de manera informativa (sin atender a los valores de deformación) de manera que se

pudiese obtener la curva característica en formato digital para identificar con una mayor

precisión, que en la máquina de ensayo universal, los valores característicos.

Se obtuvo la siguiente gráfica en la cual es fácilmente identificable e incluso

mostrado numéricamente el valor de la tensión máxima, la deformación máxima, la

carga de rotura, carga elástica rigidez y tiempo de ensayo.


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CONCLUSIÓN

Mediante el ensayo de compresión hemos conseguido:

1. Caracterizar y diferenciar las propiedades mecánicas de algunos materiales

distintos frente a cargas de tracción concluyendo en:

a. Determinación de los valores de estricción y alargamiento de

prácticamente igual magnitud por ambos métodos (distintas probetas)

utilizando el mismo material.

b. Determinación de los valores característicos de las curvas en cada uno de

los ensayos como la tensión de ruptura y la tensión de límite elástico a

partir de la cual el material mostrará un comportamiento plástico. Se

observa, en ambos casos que para la probeta cilíndrica (con mas cantidad

de material) lógicamente la magnitud de la tensión de ruptura es mayor.

c. Determinar como valor característico del comportamiento de estos

metales (medidos sobre la zona predictible o de comportamiento lineal)

el módulo elástico o módulo de young.

2. Familiarizarnos con estas técnicas de ensayo, sus fundamentos y objetivos.

3. Familiarizarnos un poco más con el empleo de herramientas en el laboratorio y

las nuevas técnicas y tecnologías aplicadas a estos ensayos.

4. Observar el efecto del tratamiento térmico (temple) sobre las propiedades

mecánicas de los metales; incremento de la dureza y resistencia así como

perdida de ductilidad (material mas frágil y rígido)

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