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

CIENCIA DE MATERIALES PRÁCTICA 2.2

Ensayo de tracción

GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA

MIGUEL CASTILLÓN DE MIGUEL

Elobjetivodeesteensayoeselmismoqueenelqueseutilizabalamaquina

universal, solo que en este caso, utilizaremos una maquina electrónica, concapacidad de regulación y de obtención de datos demanera electrónica de esteequipo con lo que se puede ajustar de una mejor manera la relación tiempo yesfuerzoaplicadoyobtenerunascurvasdetensión-deformaciónmuyprecisa.

REALIZACION:Para realizar la practica de unamanera correcta, deberemos colocar la probetaentre las mordazas del equipo, ajustando su posición de manera simétrica enambas partes y se procederá a aplicar la carga de tensión hasta la rotura de laprobeta, de la misma forma que en la maquina universal, pero en este caso,ajustando los parámetros digitalmente mediante la electrónica en lugar demedianteajustesmecánicos.CALCULOS:Medianteelsoftwaredelamaquina,obtendremoslasiguientegrafica,enlaqueesfácilmenteidentificableeinclusosemuestraelvalornuméricamentedelatensiónmáxima, ladeformaciónmáxima, la cargade rotura, la cargaelástica rigidezyeltiempodeensayo.

Elalargamientosecalculaapartirdelasiguienteecuación:

∆𝑙 =𝐿′' − 𝐿'𝐿'

∗ 100 =112.3 − 80

80 ∗ 100 = 40,3%

Resistenciamecánica:

𝑅Q =𝜎SáU𝑆'

=161630 = 53,8 𝐾𝑝 𝑚𝑚0

Ellímiteelástico: Ellimiteelásticoeselpuntodondelatensióndelazonaelásticaesmáximayporlotantocoincideconelpuntofinaldelazonaelástica,queenlagraficaserepresentacomoelpuntofinaldelapendiente.

𝐿. 𝐸. = 1409𝐾𝑝Módulodeelasticidad:

𝐸 =𝜎ij

𝑆'Δ𝑙'

𝐿'

=1616

3032,3

80= 133,41 𝐾𝑝 𝑚𝑚0