Ensayos de tracción

qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwerty

uiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasd

fghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzx

cvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq

wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui

opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg

hjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxc

vbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq



hjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxc

vbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq



hjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbn

mqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwert

yuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopas

dfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklz

Ensayos de tracción

Asignatura: Ensayos Físicos

PNT Código: EF-01/LAN_2014

Instituto Fray Luis de León Año académico: 2014-2015

Elaborado por: Daniela Pendeva Stoycheva


Ensayos Físicos, PNT: EF-01/LAN_2014 Página 2/12

ÍNDICE

1. OBJETIVO

2. FUNDAMENTO TEORICO

3. MATERIALES

4. PROSEDIMIENTO EXPERIMENTAL

5. CÁLCULOS Y RESULTADOS

6. CONCLUCIÓNES

7. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA



1. OBJETIVO Los objetivos fundamentales de esta práctica son:

Familiarizar a una Maquina Universal de Ensayos y su funcionamiento;

Observar y analizar el comportamiento de diferentes materiales metálicos, sometidas en un esfuerzo de tracción continuo;

Interpretar los resultados de ensayo.

2. FUNDAMENTO TEORICO

El ensayo a tracción es la forma básica de obtener información sobre el comportamiento mecánico, sobre las propiedades y características de los materiales utilizados en la práctica. Se realiza en la Maquina Universal de Ensayos (Figura2). A parte de los ensayos de tracción, esta máquina se puede utilizar también para ensayos de compresión y fatiga.

Figura 1. Probetas de materiales para los ensayos de tracción.

a) con sección rectangular; b )con sección circular El ensayo de tracción consiste en someter una probeta normalizada (figura1) hasta rotura, con una carga de tracción que aumenta gradualmente con el tiempo de forma lenta y continua. Durante el ensayo automáticamente se obtienen con la maquina dos parámetros: el alargamiento de la probeta ( ΔL) que provoca una fuerza de tracción concreta (F).

Figura 2. Maquina universal de ensayos modelo TN-MD de la Marca Hoytom.

A) parte de ensayo mecánico; b) parte de la medición de los valores.



Con los valores obtenidos del ensayo se representa el diagrama de la tención aplicada al material (𝜎) frente

al alargamiento relativo o unitario (ε) , conocida como diagrama tención-deformación.

Eje de abscisas:

ε = ΔL

𝐿0 ; (1-1)

Eje de ordenadas :

𝜎 =𝐹

𝑆0 ;

𝑁

𝑚2 , (1-2)

Donde:

ε - alargamiento unitario, adimencional;

ΔL =𝐿 − 𝐿0 incremento de longitud; 𝑚

𝐿0 - longitud inicial; 𝑚

𝜎- tención en una sección transversal, cuando se aplica una fuerza F; 𝑁

𝑚2

𝐹- fuerza aplicada; 𝑁

𝑆0- sección transversal; 𝑚2

El diagrama obtenido se asemeja al de la Figura 3-a, donde se definen varias zonas de deformación en función de la tención aplicada.

Figura 3. Diagrama tención- deformación. a) Un caso general; b) en caso en que se presenta el fenómeno fluencia

Zona elástica- la zona de color rojo y color rosa (zona OP). En esta zona el material sufre deformaciones elásticas u puede recuperar su longitud inicial (𝐿0) cuando se cesa la tención a la que se somete. Se diferencian dos subzonas:

- Zona OP es una zona lineal , en la que las tensiones aplicadas son proporcionales a la deformación obtenida;

- Zona PE es una zona no lineal. Aunque el material sufre deformaciones elásticas, no hay una relación directa entre la deformación y la tención;

Zona plástica – zona azulada. En esta zona, al cesar la tención sometida, el material ya no recupera su longitud inicial. Las deformaciones son permanentes. Se diferencian dos subzonas:



- La zona de limite de rotura ER o de deformación plástica uniforme, donde a pequeñas tenciones se producen alargamientos unitarios muy pronunciados. Alcanzado el punto R(limite de rotura), el material se considera roto, aunque no se haya producido la rotura visual . La tención a la que se produce esto es la tención de rotura (𝜎𝑅);

- La zona de rotura RS. Aunque l atención de rotura se mantenga o baje ligeramente, el material sigue alargándose progresivamente hasta que se produce la rotura visual en punto S.

Algunos materiales presentan un diagrama levemente distinto (Figura 3-b), en cual se presenta una zona llamada zona de fluencia. En esta zona se produce un alargamiento muy rápido e intenso sin aumentar la tención aplicada.

Figura 4. Diagrama típica tención – deformación con los puntos importantes y la deformación correspondiente A partir de los ensayos de tensión y el diagrama correspondiente tensión – deformación se obtienen datos de propiedades mecánicas de los materiales. Las propiedades mecánicas de importancia que se pueden obtener son los siguientes:

Módulo de elasticidad o módulo de Young

Limite elástico a un 0,2% de offset

Resistencia máxima a la tensión o tensión de rotura

Porcentaje de elongación a la fractura o alargamiento de rotura Módulo de elasticidad. En primera parte del ensayo de tensión el metal se deforma elásticamente. Esto es, si se elimina la carga sobre la muestra, volverá a su longitud inicial. Para metales, la máxima deformación elástica es usualmente menor de 0,5%. En general los metales y aleaciones muestran una relación lineal entre la tención y la deformación en la relación elástica en la diagrama tención –deformación, que se describe mediante la Ley de Hooke:

𝜎 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 = 𝐸 . 𝜀 (𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛) y entonces

𝐸 = 𝜎 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜

𝜀 (𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖 ó𝑛); 𝑃𝑎 ( 1-3)

Donde E es el módulo de elasticidad o módulo de Young.



El modulo de elasticidad está relacionado con la fuerza del enlace entre los átomos. Los materiales con un módulo elástico alto son relativamente rígidos y no se deforman fácilmente. En la región elástica del diagrama tensión – deformación, el módulo no cambia al aumentar la tensión (Figura 5).

Figura 5. Presentación de la primera parte de la grafica tensión – deformación, para presentación más precisa del Módulo de Young – E , y presentación del límite elástico al 0.2%, . Limite elástico. El límite elástico es un dato importante porque muestra la tensión a la cual un material muestra deformación elástica significativa. Debido a que no hay un punto definido en la curva tensión – deformación donde acabe la deformación elástica y se presenta deformación plástica, se elige el límite elástico cuando tiene lugar un 0,2% de deformación plástica (Figura 5).

Resistencia máxima a la tensión o tensión de rotura. La tensión máxima - 𝜎𝑅 en la Figura 3, es la tensión máxima alcanzada en la curva tensión – deformación. En este momento aunque la probeta no está rota físicamente el material se considera roto. Se determina a raves de la grafica dibujando una línea horizontal desde el punto máximo de la curva obtenida anteriormente hasta el eje de tensiones. Porcentaje de elongación a la fractura o alargamiento de rotura. La cantidad de elongación que presenta una muestra bajo tensión durante un ensayo proporciona un valor de la ductilidad de un material u da información sobre la calidad del material. Es el mayor alargamiento plástico alcanzado por la probeta en el ensayo. Se mide con la siguiente expresión:

% 𝐴𝑙𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝐿− 𝐿0

𝐿0 𝑥 100 (1-4)

Donde: L- longitud final 𝐿0- longitud inicial

Se mide tras la rotura de probeta, uniendo las dos partes, aunque esto no es el máximo alargamiento de la probeta, ya que antes de romperse su longitud es mayor, puesto que después se recupera el alargamiento elástico.

3. MATERIALES

Maquina Universal de Ensayos (consulta Figura 2);

Probeta normalizada para ensayo de tracción (consulta Figura 1)- en nuestro caso: Probeta normalizada de acero con sección rectangular;

Calibre .



4. PROSEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Preparación de la probeta: - Medimos los dimensiones de la probeta con un calibre: el ancho y espesor; - Hacemos una marca en la probeta para poder medir posteriormente el alargamiento

máximo experimentado

Colocación de la probeta en la máquina (Figura 6-a): - Colocamos la probeta dentro de las mordazas, de manera que se adaptan bien y

tengan efecto de cuña. Para el resultado final es importante que no se produzca deslizamientos de la probeta;

- Elegimos una velocidad de estiramiento adecuada (según la norma) con la válvula de control de velocidad (consulta Figura 2). La velocidad en general a de ser que provoca la rotura de la probeta en un tiempo no muy corto tampoco largo ( normalmente entre 0,5 y 5 minutos) y se mantiene constante durante todo el ensayo;

- Observamos como la probeta se deforma lentamente, hasta llegar un momento de la rotura ;

- Grabamos todo el proceso para dibujar de la grafica tensión – deformación (por la falta de programa especializada de leer y interpretar los datos);

Finalización del ensayo: el momento tras de la rotura física de la probeta (Figura 6-b) - Paramos el funcionamiento de la maquina y abrimos las mordazas; - sacamos los dos partes de la probeta (Figura 6-c,d); - Medimos las dimensiones de la probeta deformada con un calibre; - el ensayo se considera fiable si la probeta se ha roto en la zona central.

Figura 6. Diferentes etapas de un ensayos de tracción con Maquina Universal de Ensayos. a) la probeta colocada entre mordazas de la maquina; b) el final del ensayo – la rotura visual ; c) la probeta de acero cementado tras de la rotura; c) la probeta de acero ordinario tras de la rotura.



5. CÁLCULOS Y RESULTADOS

5.1. Grafica tención – deformación

F(kN) ΔL(mm) ε σ (MPa)

F(kN) ΔL(mm) ε σ (MPa)

0,00 0,00 0,00 0,00

3,30 1,73 0,012661934 52,66669007

0,09 0,03 0,000219571 1,436364275

3,30 1,77 0,012954695 52,66669007

0,63 0,03 0,000219571 10,05454992

3,31 1,98 0,014491693 52,8262861

0,83 0,03 0,000219571 13,24647053

3,32 2,22 0,016248262 52,98588214

1,21 0,08 0,000585523 19,31111969

3,33 2,50 0,018297592 53,14547817

1,74 0,06 0,000439142 27,76970931

3,33 2,53 0,018517163 53,14547817

1,79 0,08 0,000585523 28,56768946

3,55 3,54 0,02590939 56,65659084

2,56 0,10 0,000731904 40,85658382

3,55 3,47 0,025397058 56,65659084

2,58 0,10 0,000731904 41,17577588

3,55 3,51 0,025689819 56,65659084

2,68 0,13 0,000951475 42,77173618

3,54 3,68 0,026934055 56,49699481

2,70 0,17 0,001244236 43,09092824

3,53 3,75 0,027446388 56,33739878

2,98 0,20 0,001463807 47,5596171

3,52 3,82 0,027958721 56,17780275

3,20 0,31 0,002268901 51,07072977

3,50 3,89 0,028471053 55,85861068

3,29 0,38 0,002781234 52,50709404

3,49 3,92 0,028690624 55,69901465

3,45 0,55 0,00402547 55,06063053

3,48 3,99 0,029202957 55,53941862

3,46 0,66 0,004830564 55,22022656

3,47 4,03 0,029495718 55,37982259

3,48 0,69 0,005050135 55,53941862

3,46 4,10 0,030008051 55,22022656

3,45 0,72 0,005269707 55,06063053

3,45 4,13 0,030227622 55,06063053

3,22 0,76 0,005562468 51,38992183

3,44 4,20 0,030739955 54,9010345

3,26 0,79 0,005782039 52,02830595

3,43 4,24 0,031032716 54,74143847

3,07 0,90 0,006587133 48,99598137

3,42 4,31 0,031545049 54,58184244

2,78 0,90 0,006587133 44,36769649

3,37 4,44 0,032496523 53,78386229

2,79 0,90 0,006587133 44,52729252

3,39 4,51 0,033008856 54,10305435

2,76 0,90 0,006587133 44,04850443

3,33 4,58 0,033521189 53,14547817

2,60 0,90 0,006587133 41,49496794

3,31 4,62 0,03381395 52,8262861

2,53 0,90 0,006587133 40,37779572

3,28 4,61 0,03374076 52,34749801

2,49 0,90 0,006587133 39,7394116

3,26 4,72 0,034545854 52,02830595

2,46 0,90 0,006587133 39,26062351

3,29 4,79 0,035058186 52,50709404

2,38 0,90 0,006587133 37,98385527

3,19 4,83 0,035350948 50,91113374

2,82 0,93 0,006806704 45,00608061

3,13 4,93 0,036082851 49,95355756

2,29 0,97 0,007099466 36,54749099

3,09 5,00 0,036595184 49,31517343

3,38 1,00 0,007319037 53,94345832

3,06 5,04 0,036887946 48,83638534

3,41 1,04 0,007611798 54,42224641

3,01 5,10 0,037327088 48,03840519

3,40 1,07 0,007831369 54,26265038

2,95 5,17 0,03783942 47,08082901

3,40 1,14 0,008343702 54,26265038

2,89 5,21 0,038132182 46,12325282

3,38 1,14 0,008343702 53,94345832

2,84 5,28 0,038644514 45,32527267

3,23 1,18 0,008636463 51,54951786

2,77 5,35 0,039156847 44,20810046

3,21 1,21 0,008856035 51,2303258

2,69 5,42 0,03966918 42,93133221

3,22 1,25 0,009148796 51,38992183

2,59 5,49 0,040181512 41,33537191

3,23 1,28 0,009368367 51,54951786

2,54 5,52 0,040401083 40,53739175

3,25 1,35 0,0098807 51,86870992

2,46 5,59 0,040913416 39,26062351

3,26 1,39 0,010173461 52,02830595

2,36 5,66 0,041425748 37,6646632

3,26 1,42 0,010393032 52,02830595

2,38 5,66 0,041425748 37,98385527

3,27 1,45 0,010612603 52,18790198

2,27 5,73 0,041938081 36,22829893

3,27 1,49 0,010905365 52,18790198

2,07 5,83 0,042669985 33,03637832

3,27 1,52 0,011124936 52,18790198

1,98 5,90 0,043182317 31,60001404

3,28 1,56 0,011417697 52,34749801

1,80 6,04 0,044206982 28,72728549

3,28 1,59 0,011637269 52,34749801

1,71 6,08 0,044499744 27,29092122

3,29 1,63 0,01193003 52,50709404

1,33 6,29 0,046036742 21,22627206

3,29 1,66 0,012149601 52,50709404

1,22 6,36 0,046549074 19,47071572

3,29 1,70 0,012442363 52,50709404

0,98 6,50 0,047573739 15,64041099



probeta de acero

longitud inicial (𝐿0) 136,63 mm

longitud final (L) 143,90 mm

anchura 29,98 mm

espesor 2,09 mm

Sección transversal (𝑆0) 62,66 mm²

Figura 7. Diagrama tención – deformación para una probeta de acero, que presenta zona de fluencia muy clara 5.2. Calcular módulo de elasticidad o módulo de Young

Figura 8. Presentación de la primera parte de la grafica tensión – deformación, la zona elástica y lineal

y = 55684x + 0,971R² = 0,994

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008

𝛔(MPa)

ε

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

σ (M

Pa

)

Ɛ



𝐸 = 40,856583−13,246470

0,0007319−0,0002195= 53 890 𝑀𝑃𝑎 ; E = 53,89 GPa

5.3. Calcular el limite elástico

Figura 9. Presentación de la primera parte de la grafica tensión – deformación, la zona elástica y lineal y zona no lineal En la grafica tensión – deformación obtenida para nuestra probeta dibujamos una recta ( La línea roja en la Figura 9) desde deformación unitario 0,002 (0,2%) que sea paralela a parte lineal y leemos directamente el valor de la tención de limite elástico.

𝜎0,2% = 54 𝑀𝑃𝑎

5.4. Resistencia máxima a la tensión o tensión de rotura: según ecuación 1-2, y los valores

obtenidos del ensayo

𝜎𝑅 = 𝐹𝑚𝑎𝑥

𝑆0=

(3,55 𝑥 103)𝑁

(62.66 𝑥 10−6)𝑚2= 56,65 𝑀𝑃𝑎

5.5. Porcentaje de elongación a la fractura o alargamiento de rotura: según ecuación (1-4)

% 𝐴𝑙𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 143,90 − 136,63

136,63 𝑥 100 = 5,32%



6. CONCLUCIÓNES Hemos observado que :

- el alargamiento de la probeta era muy bajo (5, 23 %); - la probeta se ha roto sin deformaciones elásticos considerables, los dos partes de la

probeta se podían juntar después de ensayo Figura 6-d ; - el l a simple vista la rotura no fue tan cono se esperaba de un material metálico (Figura

10); - el valor de la resistencia a l atracción es muy diferente de lo normal (consulta apartado

5.4 y Figura 10)

Figura 10. Ejemplo de algunos materiales, su deformación y los valores a la resistencia máxima a la tensión (los datos son generalizados) . Por todo esto anteriormente citado, se puede concluir que como en nuestra práctica no hemos utilizado probeta normalizada los valores obtenidos no son fiables y no se pueden comparar con valores que caracterizan el material de la probeta que era acero con valores reales muy diferentes.



7. Referencias bibliográficas

1) William F. Smith , Fundamentos de la Ciencia e ingeniería de materiales , Editorial McGraw-Hill, 1998.

2) Lisana Garrido Vílchez, Apuntes de Ensayos Físicos, Tema 9- Degradación de materiales.

3) Análisis del Diagrama de Tracción, Disponible en : www.wikitecno.wikispaces.com /

4) Ensayos de materiales, Disponible en: http://lsaratxaga.wordpress.com/ensayo-de-traccion/tipos-

de-deformaciones-2/modulo-de-elasticidad/

5) Ensayos mecánicos II, Tracción,

Disponible en: http://jmcacer.webs.ull.es/CTMat/Practicas%20Laboratorio_archivos/traccion.pdf

Ensayos de tracción

Science

Transcript of Ensayos de tracción