Acero - Ensayo de Tracción

8/19/2019 Acero - Ensayo de Tracción

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Los ensayos permiten conocer propiedades mecánicas de los metales

Cuando un material es sometido a un esfuerzo responde de

formas muy variadas. Las respuestas más características se

denominan propiedades mecánicas. Para conocerlas antes de

utilizar un material en un trabajo determinado, se realizan

ensayos cuya finalidad es observar algunas de estas

propiedades.

Laboratorio de ensayos

Los ensayos de tracción son una gama de ensayos muy

extendida y practicada por su valor para determinar

propiedades como la ductilidad, la elasticidad, la fragilidad yla plasticidad. Estas propiedades son muy importantes, por

sus aplicaciones, en los metales, y permiten diferenciar los

materiales dúctiles de los frágiles.

Ensayos de tracción: contenidos teóricos

Tema 1. Los ensayos de tracción.


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Los metales poseen diferentes comportamientos

Dentro de los metales se diferencian tres grandes tipos. En

primer lugar, los metales elasto-plásticos de comportamiento

general. El acero sería un ejemplo claro.

Comportamiento de metales elásticos o dúctiles

En segundo lugar, metales elasto-plásticos elásticos o

dúctiles, que son aquellos que soportan grandes

estiramientos antes de romperse y que tienen ciertacapacidad para recuperar su forma inicial una vez

cesa la aplicación de carga. Ejemplos de estos

materiales son el aluminio, el bronce y el cobre.


Tema 1. Los ensayos de tracción


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Comportamiento de metales frágiles

Por último, los metales frágiles, que se rompen sin

deformación perceptible previa. Un ejemplo claro son

las fundiciones.

Ensayo de tracción

Gracias a los ensayos de tracción, podemos identificar

propiedades importantes de los materiales y prever su

comportamiento en diversas situaciones.




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Aspecto de rotura en una probeta

Estos ensayos, muy comunes, son destructivos porque

rompen el material, están normalizados y son repetibles.

Carga de datos, previa a un ensayo de tracción

Normalmente se determinan las siguientes características:

El módulo elástico.

Propiedades resistentes, como el "Límite elástico" y la

"Resistencia a la tracción".

Propiedades dúctiles, como el "Alargamiento" y la

"Estricción".




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Carga máxima y carga de rotura

La Carga Máxima y la Carga de Rotura son las

fuerzas que está ejerciendo la máquina

respectivamente en el punto de resistencia a la

tracción y de tensión de rotura. Para simplificar, el

método de cálculo en ambos casos consiste en

multiplicar estos valores por la sección inicial S0 de

la probeta


Tema 1. Los ensayos de tracción.


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Gráfica tensión-alargamiento

El ensayo de tracción consiste en estirar una

probeta de dimensiones normalizadas en una

máquina cuyas mordazas (elementos de sujeción

de la probeta) se desplazan a una velocidad

constante. Así se obtienen registros gráficos fuerza-

tiempo que la propia máquina convierte en tensión-

alargamiento.

Curva zona elástica

La primera parte de la curva corresponde a la zona

elástica, aquella en la que las deformaciones de la

probeta son reversibles: si se retira la carga, los

alargamientos se recuperan y el material vuelve a

sus dimensiones originales.


Tema 2. La curva tensión-alargamiento


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Módulo elástico, módulo de elasticidad o módulo de Young

En esta zona, la relación tensión-alargamiento es

lineal, según expresa la Ley de Hooke. La constante

que relaciona estas magnitudes es específica de

cada material y se conoce como Módulo elástico,

Módulo de elasticidad o Módulo de Young.

Representación gráfica del límite elástico

La zona elástica termina en el punto conocido como

"Límite elástico", donde las deformaciones

producidas por el esfuerzo dejan de ser reversibles.




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Límite elástico convencional

Como es difícil verlo en la gráfica, se estima que el

Límite elástico convencional es el punto de

intersección de la curva tensión-alargamiento con

una recta paralela a ella, trazada, en el punto de

0,2% de alargamiento, desde el eje de abscisas.

Zona plástica

La segunda parte de la curva corresponde a la zona

plástica, en la que los alargamientos son

permanentes. La curva se hace más tendida, porque

los esfuerzos para conseguir el alargamiento son

mucho menores. Dentro de ella se pueden distinguir

tres subzonas:

Zona de cedencia.

Zona plástica en sí.

Zona de estricción.




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Zona de cedencia o fluencia

En algunos materiales, no en todos, existe una zona

de cedencia o fluencia, situada en la gráfica entre

las partes elástica y plástica en sí. En esta zona, la

gráfica muestra un comportamiento irregular, ya

que la probeta experimenta alargamientos grandes

y rápidos sin apenas variar la carga aplicada por la

máquina.

Resistencia a la tracción

Superada la zona de cedencia en los materiales que

poseen esta propiedad, o inmediatamente después de

la zona elástica en los que carecen de ella, aparece la

zona plástica como tal.

En la zona plástica se encuentra el punto de máximo

esfuerzo que soporta el material, conocido como

"Resistencia a la tracción".




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Zona de estricción

A partir del punto más elevado de la curva, o

Resistencia a la tracción, la deformación plástica

deja de ser uniforme y se localiza en una zona

determinada, cada vez más estrecha, conocida

como zona de estricción.

La zona de estricción comienza a partir del punto de

resistencia a la tracción

Tensión de rotura

En la zona de estricción, la tensión disminuye y la

curva cambia de pendiente, comenzando a

descender hasta que finalmente se interrumpe al

romper la probeta.

La tensión de rotura es la que existe en el punto

donde la probeta se rompe.




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Alargamiento de rotura

Por último, hemos de mencionar el "Alargamiento de

rotura", que es el alargamiento experimentado por la

probeta en el punto de rotura.




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Principales tipos de máquina universal

Los ensayos se realizan con la denominada máquina

universal de ensayos.

Fuerza generada por la máquina

Mediante dispositivos eléctricos o hidráulicos, esta máquina

genera una fuerza que se aplica sobre el eje del material, al que

se ha dado una forma predefinida conocida como probeta.


Tema 3. La máquina universal de ensayos


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Estiramiento de la probeta

Estás máquinas están pensadas para producir un estiramiento

en la probeta, ya que generan una tracción uniaxial basada en

un esfuerzo definido y reproducible.

Partes de la máquina universal de ensayos

La máquina tiene un cuerpo principal que constituye su

base. Normalmente alberga la mecánica y en todo caso

soporta la mordaza inferior o fija. Dos columnas sustentan unpuente, que contiene la célula de carga y del que cuelga la

mordaza superior o móvil.




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En el puente superior se encuentra la célula de carga

La célula de carga mide la carga que se aplica a la probeta y

la deformación que ésta experimenta.

Mordazas y mandíbulas

Las mordazas disponen de unas piezas llamadas mandíbulas,

que son las que sujetan la probeta y le aplican presión.




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Equipo de control de la máquina

La máquina universal de ensayos dispone de sistemas

electrónicos que se comunican con un ordenador,

desde el que se controla su funcionamiento.

Partes de la máquina hidráulica

La máquina hidráulica se caracteriza por desarrollar

cargas más elevadas que la máquina eléctrica.




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Elementos de una máquina hidráulica

Externamente se distingue por su mayor tamaño, y

por las mordazas, también mayores y con una

forma distinta a la de las mordazas de las máquinas

eléctricas.




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Probetas

La probeta es una porción de material extraída del metal a

ensayar, preparada según las especificaciones de una norma. Al

estar normalizada, permite que los resultados de los diferentes

ensayos sean comparables entre sí.

Descripción de las probetas

Existen normativas muy precisas que definen la

forma de preparar las probetas en función de las

diversas situaciones y objetivos que se preciseensayar.


Tema 4. Las probetas


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Cabezales de la probeta

Las probetas pueden tener formas muy variadas aunque

normalmente son objetos alargados de forma cilíndrica o

prismática. En ellas se distinguen claramente dos zonas: los

cabezales y el cuerpo central.

Zona calibrada y radio de acuerdo

El cuerpo central es la zona donde se realiza el ensayo y

se produce la deformación al recibir el esfuerzo. También

se conoce como Zona calibrada, y se une a los cabezalesmediante los llamados “radios de acuerdo”.




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Puntos de calibración

El ensayo de tracción provoca tanto el estiramiento como

el adelgazamiento de la probeta.

Para facilitar la medida del estiramiento de la probeta, se

suelen practicar en la Zona calibrada dos marcas que

distan entre si un valor predefinido que se conoce como

L0, o distancia inicial entre los puntos de calibración.

La distancia final entre marcas tras el estiramiento se

conoce como L1.

El extensómetro

Para reforzar la precisión de estas medidas se utilizan

extensómetros, aparatos que registran las longitudes

inicial y final de la zona calibrada.

De esta forma se evitan errores derivados de

desplazamientos de la probeta respecto a los cabezales

durante los ensayos.




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Secciones inicial y final de la probeta

También es importante conocer los valores de las secciones

inicial y final de la zona calibrada, ya que al producirse el

estiramiento esta sección adelgaza.

Medición con calibre

Diremos, por último, que es conveniente realizar

mediciones manuales de la longitud y la sección de la

zona calibrada, tanto antes como después del ensayo.




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Curva de tensión-alargamiento de un ensayo de tracción

El ensayo de tracción se plasma en una gráfica, a

partir de la cual se obtienen los siguientes

parámetros:

Módulo elástico.

Propiedades resistentes, como el Límite

elástico y la Resistencia a la tracción.

Propiedades dúctiles, como el

Alargamiento y la Estricción.

Módulo elástico

En la parte elástica calculamos el módulo

elástico y el límite elástico.

El módulo elástico coincide con la pendiente de

la parte recta del diagrama tensión-

alargamiento. Y para calcularlo se halla el

cociente entre el valor del esfuerzo en

ordenadas y el de la elongación en abscisas.


Tema 5. Propiedades analizadas en los ensayos de tracción


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Límite elástico

El límite elástico corresponde al momento del

ensayo en el que el material deja de ser elástico

para pasar a comportarse plásticamente. En la

gráfica, es el punto identificado con la letra B.

Límite elástico superior e inferior

No siempre es fácil discernir el punto exacto del

límite elástico y por ello se barajan varios

criterios de cálculo. En curvas con cedencia

existe un límite elástico superior y un límite

elástico inferior.




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Límite elástico convencional

En curvas sin cedencia, se estima que el límite

elástico convencional es el punto de

intersección de la curva con una recta paralela a

ella, trazada, en el punto de 0,2% de

alargamiento, desde el eje de abscisas.

Resistencia a la tracción

La resistencia a la tracción es el punto de

máximo esfuerzo que soporta el material.

Se produce en la zona plástica y, a partir de él,

la deformación deja de ser uniforme y se inicia

la estricción.




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Tensión de rotura

El valor del esfuerzo soportado por la probeta

cuando rompe se conoce como Tensión de

rotura y es el punto donde finaliza la gráfica.

Carga máxima y carga de rotura

La Carga máxima y la Carga de rotura son las fuerzas que

está ejerciendo la máquina, respectivamente en el punto de

resistencia a la tracción y de tensión de rotura.

Para simplificar, el método de cálculo en ambos casos

consiste en multiplicar estos valores por la sección inicial So

de la probeta.




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Estricción

Para finalizar, es necesario calcular la estricción y

el alargamiento. Se denomina estricción a la

reducción de área que tiene lugar en la zona de

rotura. La fórmula de la estricción se expresa como

el valor de la sección original menos la sección

final, partido por la sección original y multiplicado

por 100; y para eso se realizan las

correspondientes mediciones con el calibrador.

Alargamiento

El alargamiento comprende la zona de

alargamiento uniforme (desde el inicio del

ensayo hasta el punto de Resistencia a la

tracción) y la de alargamiento localizado o

estricción.




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NORMATIVA QUE REGULA LOS ENSAYOS DE TRACCIÓN

Los ensayos de tracción están regulados por Normas. En este simulador se tomarán como referencias principaleslas Normas UNE-EN 10002-1 (2002) y ASTM E 8/E 8M (2008), sobre todo la primera de ellas.

La UNE-EN 10002-1 es la norma europea. AENOR. Materiales metálicos. Ensayos de tracción. Parte 1: Método deensayo a temperatura ambiente. UNE-EN 10002-1. Madrid: AENOR, 2002.

La ASTM E 8 / E 8M (2008) es la norma americana. ASTM es el acrónimo de American Society for Testing Materials. ASTM International. Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials. ASTM E8 / E8M –09. Pennsylvania, EE UU: ASTM, 2008.

A d e m á s d e l a s a n t e r i o r e s , e x i s t e n o t r a s n o r m a s q u e r e g u l a n a s p e c t o s c o n c r e t o sA d e m á s d e l a s a n t e r i o r e s , e x i s t e n o t r a s n o r m a s q u e r e g u l a n a s p e c t o s c o n c r e t o sA d e m á s d e l a s a n t e r i o r e s , e x i s t e n o t r a s n o r m a s q u e r e g u l a n a s p e c t o s c o n c r e t o sA d e m á s d e l a s a n t e r i o r e s , e x i s t e n o t r a s n o r m a s q u e r e g u l a n a s p e c t o s c o n c r e t o sd e l o s e n s a y o s . E n t r e e l l a s d e s t a c a m o s l a s s i g u i e n t e s :d e l o s e n s a y o s . E n t r e e l l a s d e s t a c a m o s l a s s i g u i e n t e s :d e l o s e n s a y o s . E n t r e e l l a s d e s t a c a m o s l a s s i g u i e n t e s :d e l o s e n s a y o s . E n t r e e l l a s d e s t a c a m o s l a s s i g u i e n t e s :

1. AENOR. Materiales metálicos. Ensayos de tracción. Parte 5: Método de ensayo a temperatura elevada.UNE 7474-5. Madrid: AENOR, 1992.

2. AENOR. Ensayos destructivos de uniones soldadas en materiales metálicos. Ensayos de tracciónlongitudinal sobre el metal de aportación en uniones soldadas por fusión. UNE-EN 876. Madrid: AENOR,1996.

3. AENOR. Acero y productos de acero. Localización y preparación de muestras y probetas para ensayosmecánicos. UNE-EN ISO 377. Madrid: AENOR, 1998.

4. AENOR. Dimensiones de las probetas y procedimiento de ensayo de tracción en probetas en cruz de

soldeo por resistencia por puntos y por protuberancias. UNE-EN ISO 14272. Madrid: AENOR, 2002.5. AENOR. Especificación y cualificación de los procedimientos de soldeo para los materiales metálicos.Ensayo de procedimiento de soldeo. Todas las partes de esta Norma. UNE-EN ISO 15614. Madrid: AENOR,2004 a 2006.

6. AENOR. Material aeroespacial. Materiales metálicos. Métodos de ensayo. Parte 1: Ensayo de tracción atemperatura ambiente. EN 2002-001. Madrid: AENOR, 2005.

7. AENOR. Material aeroespacial. Materiales metálicos. Métodos de ensayo. Parte 2: Ensayo de tracción atemperatura elevada. EN 2002-002. Madrid: AENOR, 2005.

8. AENOR. Aceros de construcción con resistencia mejorada a la deformación en la direcciónperpendicular a la superficie del producto. UNE-EN 10164. Madrid: AENOR, 2007.

9. AENOR. Materiales metálicos sinterizados, excepto metal duro. Probetas para el ensayo de tracción.

UNE-EN ISO 2740. Madrid: AENOR, 2008.10. ASME International (American Society of Mechanical Engineers). Boiler and Pressure Vessel Code.New York: ASME International, 2007.

Las normas UNE están disponibles en la web de AENOR (Asociación Española de Normalización y Certificación):www.aenor.es. La ASTM en www.astm.org y el Código ASME en www.asme.org.


Documentación complementariaDocumentación complementariaDocumentación complementariaDocumentación complementaria


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REFERENCIAS LEGALES DE SEGURIDAD LABORAL

España. R eal Decreto 1.435/1992, de 27 de noviembre,España. Real Decreto 1.435/1992, de 27 de noviembre,España. R eal Decreto 1.435/1992, de 27 de noviembre,España. Real Decreto 1.435/1992, de 27 de noviembre, de aproximación de las legislaciones de losEstados miembros sobre máquinas. Boletín Oficial del Estado, 11 de diciembre de 1992, núm. 297, p. 41.972.Aplica a España la directiva europea 89/392/CEE. Establece los requisitos de seguridad y salud en máquinas.

España. Real Decreto 39/1997, de 17 de enero,España. Real Decreto 39/1997, de 17 de enero,España. Real Decreto 39/1997, de 17 de enero,España. Real Decreto 39/1997, de 17 de enero, por el que se aprueba el Reglamento de los Servicios dePrevención. Boletín Oficial del Estado, 31 de enero de 1997, núm. 21, p. 3.031. Regula la evaluación de los riesgosy la planificación de la actividad preventiva, así como la organización de los recursos para esta actividad.

España. Real Decreto 485/1997, de 14 de abril,España. R eal Decreto 485/1997, de 14 de abril,España. Real Decreto 485/1997, de 14 de abril,España. Real Decreto 485/1997, de 14 de abril, sobre disposiciones mínimas en materia de señalización deseguridad y salud en el trabajo. Boletín Oficial del Estado, 23 de abril de 1997, núm. 97, p. 12.911. Desarrolla laley 31/1995 en materia de señalización de seguridad y salud en el trabajo.

España. Real Decreto 486/1997, de 14 de abril,España. Real Decreto 486/1997, de 14 de abril,España. Real Decreto 486/1997, de 14 de abril,España. Real Decreto 486/1997, de 14 de abril, por el que se establecen las disposiciones mínimas deseguridad y salud en los lugares de trabajo. Boletín Oficial del Estado, 23 de abril de 1997, núm. 97, p. 12.918.Desarrolla la ley 31/1995 en materia de seguridad y salud en los lugares de trabajo: orden, limpieza ymantenimiento; condiciones ambientales; iluminación; servicios higiénicos y locales de descanso; material y localesde primeros auxilios.

España. Real Decreto 487/1997, de 14 de abril,España. Real Decreto 487/1997, de 14 de abril,España. Real Decreto 487/1997, de 14 de abril,España. Real Decreto 487/1997, de 14 de abril, sobre disposiciones mínimas en materia de seguridad ysalud relativas a la manipulación manual de cargas que entrañe riesgos, en particular dorsolumbares, para lostrabajadores. Boletín Oficial del Estado, 23 de abril de 1997, núm. 97, p. 12.926. Desarrolla la ley 31/1995 en lorelativo a manipulación manual de cargas.

España. Real Decreto 773/1997, de 30 de mayo,España. Real Decreto 773/1997, de 30 de mayo,España. Real Decreto 773/1997, de 30 de mayo,España. Real Decreto 773/1997, de 30 de mayo, sobre disposiciones mínimas de seguridad y salud relativasa la utilización por los trabajadores de equipos de protección individual. Boletín Oficial del Estado, 12 de junio de1997, núm. 140, p. 18.000. Desarrolla la ley 31/1995 en materia de EPI’s.

España. Real Decreto 1.215/1997, de 18 de julio,España. Real Decreto 1.215/1997, de 18 de julio,España. Real Decreto 1.215/1997, de 18 de julio,España. Real Decreto 1.215/1997, de 18 de julio, por el que se establecen las disposiciones mínimas deseguridad y salud para la utilización por los trabajadores de los equipos de trabajo. Boletín Oficial del Estado, 7 deagosto de 1997, núm. 188, p. 24.163. Desarrolla la ley 31/1995 en materia de utilización por los trabajadores delos equipos de trabajo, a fin de evitar riesgos para la seguridad o salud de aquéllos.

España. Real Decreto 286/2006, de 10 de marzo,España. Real Decreto 286/2006, de 10 de marzo,España. Real Decreto 286/2006, de 10 de marzo,España. Real Decreto 286/2006, de 10 de marzo, sobre la protección de la salud y la seguridad de lostrabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición al ruido. Boletín Oficial del Estado, 11 de marzo de2006, núm. 60, p. 9.842. Desarrolla la ley 31/1995 en la materia indicada en el propio título de la disposición.

La legislación vigente en España puede ser consultada en el Boletín Oficial del Estado: www.boe.es. Asimismo, enmateria de seguridad laboral es aconsejable consultar la web del Instituto Nacional de Seguridad de Higiene en elTrabajo: www.insht.es.

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