ENSAYO EN LA MAQUINA DE TRACCION AMSLER

Objetivo del ensayo.

El ensayo a tracción es el que mejor verifica el comportamiento de los metales cuando son

sometidos a cargas estáticas, pues no solo permite deducir algunas de sus propiedades

tecnológicas más importantes (tenacidad, ductilidad, etc) sino que también se puede obtener

el límite de elasticidad o el que lo reemplace en el caso de que no lo hubiera, la carga

máxima y la consiguiente resistencia estática en base a cuyo valores se puede determinar la

tensión admisible o de trabajo.

Equipamiento utilizado.

Las máquinas empleadas para la realización de ensayos de tracción de barras son del tipo

denominado “universal” por adaptarse a experiencias de compresión, flexión, corte e

inclusive torsión en algunos de sus modelos.

En las siguientes figuras 1 y 2 indicamos las máquinas verticales de las casas “Amsler” de

50t y “Riehle” de 72.5t.

La máquina Amsler, de accionamiento hidráulico, está constituido por los siguientes

conjuntos principales:

• Bomba de aceite con inyección regulada

• Prensa hidráulica

• Dinamómetro registrador de cargas y diagrama.

La variante fundamental entre una máquina universal de ensayo y una prensa hidráulica

radica en dispositivo para registrar las cargas aplicadas y las deformaciones del material.

Funcionamiento de la máquina universal.

El registrador de esfuerzos es un dinamómetro pendular hidráulico y su principio de

funcionamiento se deduce de la representación esquemática de l figura 3. En la misma se

puede observar que la presión del aceite que actúa en la prensa se comunica a un pequeño

cilindro, el que posee un émbolo e cuyo vástago acciona una palanca f que desplaza hacia

arriba a un par de barras g, imprimiendo un movimiento de rotación a la palanca acodada h

que finalmente desplaza la varilla roscada l que mueve la aguja del registrador.

Para equilibrar el esfuerzo transmitido, el sistema posee un péndulo t, solidario al eje de

rotación de la palanca h, el que cuenta con un contrapeso u que puede ser desplazado y

fijado en distintas posiciones de acuerdo a las cargas máximas a equilibrar, obteniéndose

como consecuencia escalas apropiadas en el registrador.

Probetas.

Son muestras de material, de dimensiones normalizadas con las que se efectúa el ensayo.

Pueden ser de sección circular o rectangular según si el material a ensayar sea una barra o

se trate de una chapa o planchuela.

En las figuras 4 a y b se muestra una de cada tipo, distinguiéndose en ambas las siguientes

características principales:

• Poseen en los extremos zonas reforzadas (de mayor dimensión que la sección de

ensayo) que sirven para fijarlas a las mordazas de la máquina. Las mordazas son

piezas con superficies de contacto estriadas para impedir el deslizamiento de la

probeta, una vez que ella está colocada en posición.

• Poseen una zona central de sección uniforme. La longitud de la zona central se

denomina longitud de trabajo y las normas fijan su medida en función de las

dimensiones de la sección de la probeta.

• Poseen además, una zona de enlace o unión (interfase) definidas entre las dos zonas

anteriores, en la que la sección cambia en forma gradual suave.

Fijación de la probeta.

La fijación de la probeta se realiza por medio de mordazas que consisten en piezas que se

acuñan en un alojamiento (figura 5) presionando los extremos de la probeta. Poseen

superficies interiores estriadas para impedir el deslizamiento.

Diagrama de tensión deformación.

Si a los valores de la carga P de la figura 6 se los divide por el área de la sección recta de la

probeta, se obtienen los valores de la tensión aplicada en cada momento. Si también se

dividen las deformaciones δ por la longitud de trabajo, se obtienen valores de las

deformaciones unitarias ε.

Si con dichos valores construimos un diagrama de tensiones en función de las

deformaciones unitarias la forma del mismo será similar al de la figura 6. Sin embargo, éste

en general es el mismo, cualquiera sea la probeta siempre que se trate del mismo metal. Es

en realidad un diagrama propio del material y no de la forma de la probeta. Dicho diagrama

se puede observar en la figura 7.

Características de la curva para el acero de bajo contenido de carbono.

Al comenzar el ensayo (figura 7) el diagrama presenta un tramo recto en el que se verifica

proporcionalidad entre las tensiones y deformaciones. Este tramo que finaliza en el punto P

se denomina período de proporcionalidad y en él se cumple la Ley de Hooke:

σ = ε . E

A la tensión σp se la denomina límite de proporcionalidad y es aproximadamente de 2000

kg/cm² para este material.

A medida que la tensión sigue aumentando, el diagrama comienza a curvarse perdiendo

pendiente hasta alcanzar el punto E para el cual la tensión σE se denomina límite de

elasticidad. Se destaca que hasta este punto el material se comporta de manera elástica, de

modo que si se retira la paulatinamente la carga el diagrama se recorre en sentido inverso

en el mismo camino y la probeta retoma su longitud primitiva, no registrándose

prácticamente deformaciones permanente.

Al tramo de la curva comprendido entre O y E se lo denomina período elástico, se puede

apreciar que la primera parte del mismo es el período de proporcionalidad 0P.

La deformación unitaria εP correspondiente al período de proporcionalidad es

aproximadamente 0.001 (una milésima). Se puede expresar también en valores

porcentuales, que correspondería 0,1%. Debido a que los límites de proporcionalidad y

elasticidad se encuentran demasiados próximos suelen confundirlos.

Si a partir del punto E seguimos aumentando la tensión, el diagrama se curva cada vez más

hasta que después de F adquiere una forma aproximadamente horizontal; el material cede

sin que se incremente la tensión. A este proceso se lo denomina fluencia. Este período de

fluencia comienza con una deformación unitaria de aproximadamente de 0.15 a 0.20% y

finaliza con aproximadamente con el 2% (una deformación muy grande en relación con la del

período elástico). Durante el período de fluencia se suelen registrar fluctuaciones,

ondulaciones que son apreciadas en el diagrama.

La tensión σF o o límite de fluencia es aproximadamente 2400 Kg/cm². Durante la fluencia el

material sufre un proceso de re-acomodamiento de su estructura cristalina, pero finalizado el

mismo vuelve a ofrecer resistencia a la deformación. Para que se produzcan nuevas

deformaciones será necesario aumentar la tensión con lo que la curva comienza a subir

nuevamente.

Cuando la tensión alcanza el valor de σR denominada resistencia máxima o de rotura, la

probeta comienza a deformarse rápidamente y termina rompiéndose por separación en dos

partes. La rotura se verifica en algún lugar de la parte cilíndrica, seguramente donde por

algún defecto el material es más débil. Para el acero que nos ocupa, ésta rotura se produce

luego de que la sección correspondiente se reduce notoriamente. A ésta reducción se la

denomina estricción y se la muestra en el croquis de la figura 8. Para este tipo de acero la

tensión máxima σR o tensión de rotura es de aproximadamente 3700 kg/cm².

La deformación unitaria promedio (existen zonas poco deformadas y otras muy deformadas

como la zona de estricción) es de aproximadamente 25 a 30%.

Desde el punto E hacia delante y hasta la rotura, el proceso es plástico y específicamente

entre F y F’ toma en nombre de período de fluencia, como ya se indicó anteriormente.

El diagrama de línea continua que va entre F’ y la rotura R se obtiene refiriendo la carga a la

sección inicial de la probeta. Si el cálculo de la tensión en cada momento se realizase en

relación con la sección que se va reduciendo paulatinamente, entonces se obtendría el

diagrama de líneas de trazos que se observa por arriba. Al primero se lo denomina

convencional y al segundo diagrama real.