Ensayo de Tracción y Torsión

Objetivo:

Ensayo Tracción:

Determinar propiedades del material como el módulo de elasticidad, la tensión y fuerza máxima, la tensión y fuerza a la rotura, el alargamiento a la rotura, el alargamiento a la fuerza máxima, la fuerza máxima de la zona elástica y el alargamiento máximo de la zona elástica.

Ensayo Torsión:

Observar mediante métodos experimentales, como se comporta el material, sometido a cierta fuerza.

Conocer el funcionamiento para ensayo de torsión.

Estudiar las características de la fractura por torsión en materiales dúctiles y frágiles.

Determinar la relación entre momento torsor y deformación angular

Introducción:

Ensayo deTracción:

Tal como se dijo en el resumen, para esta experiencia se realizó un ensayo de tracción, en esta operación se somete a una probeta a una carga que aumenta de forma gradual hasta que se llega al punto de ruptura de la probeta, pasando por 4 zonas distintos, tales comportamientos se notaran en los gráficos de Esfuerzo vs Deformación, estos zonas corresponden a: Deformación elástica: Durante esta el material sigue la Ley de Hooke, comportándose lineal al esfuerzo aplicado, si se deja de aplicar fuerza en este punto el material volverá a su estado original. Fluencia: Tras alcanzado el ”Limite de fluencia” del material este se deforma bruscamente sin un aumento considerable de la carga aplicada, este cambio brusco se debe a las impurezas presentes en el metal. Deformación plástica: En esta las deformaciones ya no siguen la Ley de Hooke, pero, si se deja de de aplicar fuerza en un punto de esta zona, el material volverá a un tamaño siguiendo una recta imaginaria desde este punto, con pendiente igual al Módulo de Young Estricción: Esto solo ocurre en materiales suficientemente dúctiles, en esta etapa las deformaciones en la probeta empiezan a concentrarse en una parte de la misma, la cual ve reducida su sección transversal, esto seguirá hasta que finalmente ocurra la ruptura del material.

Ensayo de Torsión:

Muchos materiales cuando están en servicio están sujetos a fuerzas o cargas. En tales condiciones es necesario conocer las características del material para diseñar el instrumento y esfuerzos a los que vayan a estar sometidos; los cuales no sean tan excesivos y el material no se fracture.

El comportamiento mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada. El ensayo de torsión se aplica en la industria para determinar constantes elásticas y propiedades de los materiales. También se puede aplicar este ensayo para medir la resistencia de soldaduras, uniones, adhesivos.

Fundamento Teórico:

La Torsión:

La Torsión en sí, se refiere a la deformación helicoidal que sufre un cuerpo cuando se le aplica un par de fuerzas (sistema de fuerzas paralelas de igual magnitud y sentido contrario). La torsión se puede medir observando la deformación que produce en un objeto un par determinado. Por ejemplo, se fija un objeto cilíndrico de longitud determinada por un extremo, y se aplica un par de fuerzas al otro extremo; la cantidad de vueltas que dé un extremo con respecto al otro es una medida de torsión. Los materiales empleados en ingeniería para elaborar elementos de máquinas rotatorias, como los cigüeñales y árboles motores, deben resistir las tensiones de torsión que les aplican las cargas que mueven.

El ensayo de torsión es un ensayo en que se deforma una muestra aplicándole un par torsor. La deformación plástica alcanzable con este tipo de ensayos es mucho mayor que en los de tracción (estricción) o en los de compresión (Abarrilamiento, aumento de sección). Da información directamente del comportamiento a cortadura del material y la información de su comportamiento a tracción se puede deducir fácilmente.

La torsión en sí se refiere a un desplazamiento circular de una determinada sección transversal de un elemento cuando se aplica sobre éste un momento torsor o una fuerza que produce un momento torsor alrededor del eje. El ángulo de torsión varía longitudinalmente.

Cálculo del Momento o Torque de Torsión (T):

Tracción:

Dónde:

F: Carga aplicada

b : brazo de momento

Nota: Para una barra cilíndrica maciza la distancia b es igual al radio ( b = r)

T=F⋅b

En el cálculo de estructuras e ingeniería se denomina tracción al esfuerzo interno a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.

Lógicamente, se considera que las tensiones que tiene cualquier sección perpendicular a dichas fuerzas son normales a esa sección, y poseen sentidos opuestos a las fuerzas que intentan alargar el cuerpo.

El ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas (ε = 10–4 a 10–2s–1).

En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se representa gráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la sección de la probeta). En general, la curva tensión-deformación así obtenida presenta cuatro zonas diferenciadas:

1. Deformaciones elásticas: Las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. La tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. Pueden existir dos zonas de deformación elástica, la primera recta y la segunda curva, siendo el límite de proporcionalidad el valor de la tensión que marca la transición entre ambas. Generalmente, este último valor carece de interés práctico y se define entonces un límite elástico (convencional o práctico) como aquél para el que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene trazando una recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación inicial igual a la convencional.

2. Fluencia o cedencia. Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o

los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La deformación en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las dislocaciones (bandas de Lüders). No todos los materiales presentan este fenómeno, en cuyo caso la transición entre la deformación elástica y plástica del material no se aprecia de forma clara.

3. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica.

4. Estricción. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por esa zona. La estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente hasta el comienzo de la estricción) entre la sección inicial: cuando se produce la estricción la sección disminuye (y por tanto también la fuerza necesaria), disminución de sección que no se tiene en cuenta en la representación gráfica. Los materiales frágiles no sufren estricción ni deformaciones plásticas significativas, rompiéndose la probeta de forma brusca. Terminado el ensayo se determina la carga de rotura, carga última o resistencia a la tracción: la máxima resistida por la probeta dividida por su sección inicial, el alargamiento en (%) y la estricción en la zona de la rotura.

Otras características que pueden caracterizarse mediante el ensayo de tracción son la resiliencia y la tenacidad, que son, respectivamente, las energías elásticas y totales absorbidas y que vienen representadas por el área comprendida bajo la curva tensión-deformación hasta el límite elástico en el primer caso y hasta llegar a rotura en el segundo.

Material y Equipo a utilizar:

MAQUINA DE ENSAYO DE TRACCION

La siguiente es una foto de la maquina utilizada para realizar el ensayo de tracción, en la cual vemos el dial que nos marca la cargas , el diagramador y el sistema donde se realiza el ensayo con la probeta colocada.

MAQUINA DE ENSAYO DE TORSION

La máquina de torsión, está destinada a ser usada en los Laboratorios de Ensayo de Materiales, en las Escuelas de Ingeniería Industrial, Civil, Eléctrica, Mecánica, etc.

Probetas:

Procedimiento:

PROCEDIMIENTO TRACCION:

-Medir el ancho y espesor de la probeta con un calibre o nonius en diferentes puntos a lo largo de su sección.

-Hacer una marca en la probeta para poder medir posteriormente el alargamiento máximo experimentado.

-Colocar la probeta en la máquina de ensayo y sujetarla con las mordazas.

PROCEDIMIENTO TORSION:

-La probeta se coloca entre las mordazas. Se ajusta primero el mandril del lado del cabezal de medición y luego girando el volante se alinean el mandril opuesto y se aprieta.

-Se hace girar el transportador para ponerlo en la posición de cero.

-Se enciende la maquina unos 15 minutos antes de empezar a usarla, para permitir que el registrador electrónico entre en régimen.

-Al encender la máquina, se verá iluminada la pantalla. La máquina está lista para aplicar carga a la probeta, lo cual se hace girando el volante. Hay que tener en cuenta que una vuelta del volante, corresponde a 6º de torsión de la probeta.

-Es conveniente aplicar la carga de incrementos de torsión de la probeta de 0.2 a 1.0 grados, por cada incremento, según el material de que se trate.

Resultados:

Conclusiones:

Ensayo deTracción:

Finalizado este trabajo lo que más se comprende es que el ensayo de tracción tiene como finalidad obtener: La resistencia elástica, resistencia última y plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas un axiales.También se pudo identificar por las distintas etapas que pasa el material antes de romperse o quebrarse.En general el ensayo de tracción es de muy buena ayuda para poder escoger un material dependiendo de la necesidad que se requiera. Ya que es en el ensayo donde se ve la dureza, resistencia a la ruptura y deformación del material.

Ensayo de Torsión:

En este ensayo es importante resaltar que la máquina de torsión nos proporciona importantes datos con los cuales podemos fabricar la gráfica de esfuerzo cortante y deformación angular unitaria.   Con esta grafica podemos   hacer un análisis del comportamiento que tiene la probeta a la hora de estar expuesta. La torsión se refiere a la deformación helicoidal que sufre un cuerpo cuando se le aplica un par de fuerzas (sistema de fuerzas paralelas de igual magnitud y sentido contrario). Los resultados del ensayo de torsión resultan útiles para el cálculo de elementos de máquina sometidos a torsión tales como ejes de transmisión, tornillos, resortes de torsión y cigüeñales.

Cuestionario:

¿Qué datos nos proporcionan las pruebas de tracción? ¿Y para que se emplean?

Los datos nos proporcionan la resistencia elástica, resistencia última y plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas axiales.

Estos datos se emplean para poder obtener el diagrama tensiones, , - deformaciones unitarias,

¿De qué depende la resistencia de tracción de un material?

Depende de las propiedades que tiene el material:

-la plasticidad y la elasticidad del material ya que este se puede estirar y luego volver a su forma original o no volver a su forma original.

-frágil o dúctil, ya que al ser frágil al momento del ensayo la probeta tendrá más posibilidades de romperse y si es dúctil, la probeta tendrá más posibilidades de estirarse.

¿Qué datos nos proporcionan las pruebas de torsión?

Nos proporciona importantes datos con los cuales podemos fabricar la gráfica de esfuerzo cortante y deformación angular unitaria.  

¿De qué depende la resistencia de torsión de un material?

Depende de las propiedades que tiene el material las cuales dan lugar a la resistencia a la torsión.

Explique los tipos de torquimetros existentes:

Llave dinamométrica digital

Contiene en su interior un circuito electrónico y una pantalla en la que se muestran los valores medidos, entre otras funciones, avisa mediante un sonido y por vibración, cuando se alcanza el par de apriete ajustado previamente.

Llave dinamométrica de reloj

Consta de una esfera de reloj en la que se muestra mediante una aguja móvil el valor del par de apriete medido.

Llave dinamométrica de salto

Contiene un sistema mecánico regulable a través de que libera la tensión de la llave cuando se alcanza el par de apriete pre ajustado. Se usa para aplicar un par de apriete determinado de forma repetitiva. Por ejemplo: en las cadenas de montaje, o en piezas unidas con muchos tornillos iguales.

Normas para aplicar en el torque en elementos roscados