Ensayo a Tracción

Práctica 3- Ensayo a Tracción

Jaime Martínez Verdú Máster TIT 2

Ensayo de Materiales

1. INTRODUCCIÓN El ensayo a tracción es la forma básica de obtener información sobre el

comportamiento mecánico de los materiales. Mediante una maquina de ensayos se deforma una muestra o probeta del material a estudiar, aplicando la fuerza uniaxialmente en el sentido del eje de la muestra. A medida que se va deformando la muestra, se va registrando la fuerza (carga), llegando generalmente hasta la fractura de la pieza. Así pues, el resultado inmediato es una curva de carga frente a alargamiento, que transformados en tensión y deformación, en función de la geometría de la probeta ensayada, aportan una información más general.

Esta práctica tiene el objetivo inmediato de ilustrar, mediante la experiencia, las propiedades mecánicas de los materiales que se derivan a partir de un ensayo a tracción. Con esta práctica se desea también que se consigan los siguientes propósitos:

Familiarizarse con el proceso de obtención de las propiedades mecánicas de metales ferrosos y no ferrosos, empleando el ensayo de tracción.

Conocer como se fijan las condiciones de ensayo, como se realiza el ensayo y que información se puede extraer a partir de los datos registrados y como.

Utilizar una maquina de ensayos mecánicos y tener una visión de su versatilidad y posibilidades para caracterizar mecánicamente los materiales.

Para ello se trabajará con el equipo de ensayos mecánicos Microtest EM1-50 ubicada en el laboratorio de materiales, con 50kN de capacidad máxima de carga, como la mostrada en la imagen. Los ensayos a tracción se realizaran en probetas con forma de prisma rectangular y otras con geometría estandarizada.

Ilustración 1. Equipo de ensayo Microtest EM1-50. Geometría de las probetas.

Extremo móvil

Extremo fijo

Centro Extremo

móvil

Extremo fijo

Centro




2. FUNDAMENTO TEÓRICO Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectúan

ensayos para medir su comportamiento en distintas situaciones. Uno de los ensayos destructivos más importante es el ensayo de tracción, en donde se coloca una probeta en una máquina de ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otra móvil y se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil.

La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad constante. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada, las máquinas poseen un software que dibuja los resultados gráficos en un eje el desplazamiento y en el otro eje la carga leída. La Ilustración 2 muestra el gráfico obtenido en una máquina de ensayo de tracción para un acero.

Ilustración 2. Posible curva Fuerza-Deformación de un acero.

Las curvas tienen una primera parte lineal llamada zona elástica, en donde la probeta se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la probeta regresa a su longitud inicial. Se tiene entonces que en la zona elástica se cumple:

donde representa el valor de la fuerza aplicada, hace referencia a la constante del resorte, longitud bajo carga e inicial son respectivamente y .

Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material alcanza el punto de fluencia, desde donde el material comienza a sufrir una deformación permanente. A partir de este punto, si se elimina la carga, la probeta resultaría más larga que al principio. Deja de ser válida nuestra fórmula y generalmente se dice que ha comenzado la zona plástica del ensayo de tracción. El valor límite entre la zona elástica y la zona plástica se denomina punto de fluencia y a la fuerza que lo produjo la designaremos como .




Luego de la fluencia sigue una parte inestable, que depende de cada acero, para llegar a un máximo en . Entre y la probeta se alarga en forma permanente y repartida a lo largo de toda su longitud. En la probeta muestra su punto débil, concentrando la deformación en una zona en la cual se forma un cuello. La deformación se concentra en la zona del cuello, provocando que la carga deje de aumentar. Al adelgazar la probeta, la carga queda aplicada en menor área, provocando la ruptura. La Ilustración 3 muestra la forma de la probeta al inicio, al momento de llegar a la carga máxima y luego de la ruptura.

Ilustración 3. Simulación de una probeta sometida a fuerzas de tracción.

Para expresar la resistencia en términos independientes del tamaño de la probeta, se dividen las cargas por la sección transversal inicial , obteniéndose:

Resistencia o Tensión de fluencia:

Resistencia o Tensión de tracción:

A partir de los valores obtenidos en el gráfico Fuerza-Desplazamiento, se puede obtener la curva Esfuerzo-Deformación - . El esfuerzo , que tiene unidades de fuerza partido por área, ha sido definido anteriormente, y a continuación se definirá la deformación unidimensional:

En la Ilustración 4 se presenta un ejemplo del gráfico Esfuerzo-Deformación de un acero.




Ilustración 4. Posible curva Esfuerzo-Deformación de un acero.

Como puede observarse en la gráfica, en la zona elástica se cumple la siguiente relación matemática:

donde el valor E es el módulo de Young.

Ilustración 5. Efecto de carga y descarga en un ensayo de tracción.

Durante el ensayo de tracción, si se descarga la probeta, luego de alcanzar la zona plástica, pero antes de producirse la ruptura, la curva Esfuerzo-Deformación cambia de forma. La longitud de la probeta tiende a recuperarse, pero no alcanza la longitud inicial, quedando con una longitud resultante mayor, que se denomina deformación permanente. A nivel gráfico, la curva se devuelve con la pendiente de la zona elástica (Ilustración 5).

Finalmente, si la curva - del material no presenta claramente dónde termina la zona elástica y comienza la zona plástica, se define como punto de fluencia al correspondiente a una deformación permanente del 0,2%.




En general la curva tensión-deformación así obtenida presenta los puntos característicos siguientes:

1. Límite de proporcionalidad: El primer tramo del ensayo existe una

relación lineal entre la tensión aplicada y la deformación producida. Este

coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se

denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del

material, así, en general los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad

aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. En esta zona se

cumple la Ley de Hooke descrita anteriormente.

Tensión (σ) = Módulo de Young (E) x Deformación unitaria (ε).

2. Límite elástico: Hasta este punto, las deformaciones se reparten a lo

largo de la probeta y son de pequeña magnitud y si se retirara la carga

aplicada la probeta recuperaría su forma inicial. A partir del punto de

fluencia, el material entra en la zona de deformación plástica, de forma

que 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.

3. Límite de fluencia. A partir de este punto aparece una 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 movimiento,

mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Una

vez alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones

produciéndose la deformación bruscamente. 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.

4. Punto de máxima tensión. Es el punto máximo de la gráfica - , es

decir, la máxima tensión que es capaz de soportar el material. A partir de

este punto, las deformaciones se concentran en la parte central de la

probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta,

denominada zona de estricción.

5. Tensión de rotura: En la zona de estricción, continuarán acumulándose

las deformaciones hasta la rotura de la probeta por esa zona. La estricción

es la responsable del descenso de la curva - ; realmente las tensiones

no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el

cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la sección inicial y cuando

se produce la estricción la sección disminuye, efecto 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.




En un ensayo de tracción, pueden determinarse diversas características de los materiales elásticos:

El Módulo de elasticidad o Módulo de Young (E) que cuantifica la

proporcionalidad. El Coeficiente de Poisson (μ) que cuantifica la razón entre el

alargamiento longitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza.

El Límite de proporcionalidad es el valor de la tensión por debajo

de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada. El Límite elástico es el valor de la tensión que soporta la probeta en

el momento de producirse la deformación plástica. En general se toma como valor práctico el valor de la tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2 %, 0,1 %,…) en función del extensómetro empleado.

La Tensión de rotura o resistencia a la tracción es la carga

resistida por la probeta cuando es dividida por la sección inicial de la probeta.

El Alargamiento de rotura es el incremento de longitud que ha

sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento.

La Estricción es la reducción de la sección que se produce en la zona

de la rotura.

Ilustración 6. Ejemplo de obtención de características mecánicas de un acero.




3. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE ENSAYO Para llevar a cabo los ensayos de tracción (tensión-deformación) propuestos

en esta práctica, se utilizará un dispositivo de ensayo estático conectado, mediante bus de datos, a una computadora externa.

Recordemos que esta máquina de ensayo está siendo comercializada por la empresa MicroTest y pertenece a la gama EM1-50 y viene equipada para ensayos de tracción de metales (mordazas neumáticas MN-150) y sistema de control y medida por ordenador SCM3000.

Las máquinas de ensayo EM1-50 cubren una amplia gama de rangos de carga para aquellos ensayos de tipo estático o cuasiestático (aquellos que se ejecutan lentamente). Además, se pueden emplear para todo tipo de materiales: metales, plásticos, textiles, cauchos,... En concreto, el equipo empleado en esta práctica es capaz de generar fuerzas de hasta 50 kN.

De forma general y resumida, los componentes que forman parte del equipo de ensayo disponible en el laboratorio de materiales vienen enumerados y descritos a continuación:

Ø BANCADA: Aloja en su interior un actuador electromecánico,

compuesto generalmente por: motor, reductor, polea de transmisión, husillo a bolas y tuerca. Sobre la bancada se sustenta el marco de ensayos.

Ø MARCO DE ENSAYOS: Se trata de un marco de carga de alta

rigidez con dos columnas en acero y una plataforma base inferior sobre la bancada (alojando el conjunto tuerca-husillo a bolas transmisor del esfuerzo). Las dos columnas sirven además de guías laterales para el desplazamiento del puente móvil y el posicionamiento del puente superior. El puente fijo superior (posicionable en altura a lo largo de las columnas) lleva incorporada una célula de carga. El puente móvil va unido a la cabeza del husillo, de forma que es accionado y guiado por el mismo a lo largo de las columnas-guía.

Ø ACTUADOR: El sistema de carga de la máquina funciona

mediante un husillo a bolas de aplicación universal (de doble efecto: tracción/compresión). El accionamiento se controla a través de un motor de corriente continua, que proporciona el par adecuado a través de un sistema de reducción.

Ø CONTROL, MEDIDA Y REGISTRO DE DATOS: El control y

medida de los ensayos se efectúa con ordenador. El equipo disponible en el laboratorio emplea el sistema de control y medida SCM3000 de Microtest: Control y lectura de fuerza,

recorrido, deformación,...




3.1 Descripción del equipo I: Hardware En este sistema, la carga es aplicada mediante un sistema de husillo

actuador centrado en el marco de ensayos de la máquina, que junto a las columnas de la máquina, proporcionan una alta rigidez al conjunto.

El puente inferior móvil es accionado por el husillo a bolas y guiado en su movimiento por las columnas laterales. Efectivamente, el recorrido del puente viene prefijado por el recorrido del husillo.

Ilustración 7. Esquema de un equipo de ensayo Microtest EM1-50.

El husillo se caracteriza por ser un elemento de doble efecto y porque su

movimiento se consigue mediante un motor de corriente continua, incorporando un encoder óptico para la medida de la posición.

La transmisión se efectúa al husillo a través de la tuerca (que aloja los rodamientos) y por medio de un sistema de poleas que transmite la potencia al husillo desde la salida del conjunto motor-reductor.




A diferencia de los sistemas de tipo hidráulico, el sistema electromecánico se caracteriza principalmente por:

Ø Tener una alta estabilidad (fundamental a velocidades de carga lentas o en ensayos de larga duración).

Ø Ser capaz de mantener la carga en sus valores especificados durante intervalos suficientemente largos, con error menor del 0,5%

de la carga aplicada.

Los sistemas electromecánicos con medida de fuerza incorporan un transductor de fuerza, o célula de carga, que proporciona una medida de la carga

más precisa que los captadores de presión empleados en los sistemas hidráulicos, cuya medida está afectada, por ejemplo, por la temperatura del aceite.

La velocidad de ensayo en control por recorrido se gobierna de forma digital, mediante un codificador óptico incremental situado en el eje del motor, con lo que se regula con muy alta precisión el movimiento del mismo, al multiplicar por la relación de reducción completa del sistema.

3.2 Descripción del equipo II: Software El programa SCM3000, es un sistema diseñado para la ejecución automática

de ensayos sobre las máquinas de Microtest. Este software privado dispone de un entorno gráfico en Windows donde el usuario puede, entre otras características:

Control directo de todas las funciones de la maquina desde el PC.

Realizar adquisiciones de datos.

Crear y ejecutar procesos automáticos de ensayos.

Personalizar los resultados de los ensayos.

Configurar el informe de resultados suministrado por el sistema.

Incorporar niveles de acceso por usuarios, a las distintas partes de la aplicación.

Ilustración 8. Imágenes del software SCM3000.




4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Durante el ensayo se miden elongación de la probeta y carga aplicada:

Con esos datos se calculan tensiones y deformaciones se traza la curva correspondiente.

De la curva se obtienen el módulo elástico, la tensión de fluencia, la tensión máxima y la deformación a fractura (como una medida de la ductilidad).

Después de la fractura, la longitud final y la sección se usan para calcular elongación porcentual y reducción de área porcentual, que indican ductilidad del material.

En resumen, se podría decir que las instrucciones a seguir para la realización de los ensayos de tracción de la práctica son las siguientes:

Verificación de las unidades.

Verificación de la carga máxima admitida.

Control de la tasa de desplazamiento de la celda y la del actuador.

Colocación del desplazamiento preestablecido (valor, forma de onda y velocidad).

Colocación en las ventanas de configuración las variables a controlar visualmente.

Obtener la ventana de gráficos (desde ese momento comienza a registrar).

Empezar el ensayo con el botón start

Concluir el ensayo (después de ruptura) con stop. Si no se llega a ruptura con los valores previstos, se deberá repetir cambiando los valores.

Grabar el archivo de datos.

4.1 Preparación del ensayo Antes de comenzar el ensayo es necesario que la máquina se encuentre en

la posición 1 (posición de puesta en marcha).

Ilustración 9. Esquema del dispositivo en la posición 1.

Mordazas

Parada de

emergencia

Movimiento manual

de las mordazas

Puesta

en marcha

En servicio

(verde)




Posteriormente se procederá a encender el ordenador y pinchar en el icono adecuado para acceder al programa SCM3000, que es el sistema diseñado para la ejecución automática de ensayos. La pantalla aparecerá dividida en 5 paneles tal y como se muestra en la ilustración siguiente.

Ilustración 10. Distribución de bloques del software SCM3000.

En el panel Tipo de control seleccionamos Manual. En el panel denominado Paneles seleccionamos General. Al activar este control podemos configurar algunos parámetros:

En Configuración movimiento podemos seleccionar cómo queremos que se mueva la mordaza superior: Ø Movimiento de la mordaza hacia arriba. Ø Movimiento de la mordaza hacia abajo.

En Variable de Control seleccionamos Posición.

Colocamos la muestra en las mordazas. Las mordazas se pueden mover manualmente utilizando el botón o bien automáticamente seleccionando el movimiento de las mordazas en configuración de movimiento.

Una vez colocada la muestra debemos asegurarnos que el movimiento de la mordaza es hacia arriba. Si el último movimiento fue hacia abajo debemos cambiarlo en configuración de movimiento.

En sensibilidad de ruptura será posible seleccionar la sensibilidad en tantos por ciento (%) respecto a la variable fuerza en cada momento. Es decir, si la fuerza “cae” más allá de un % prefijado del valor actual, se detectará rotura y la máquina

se parará. (Posición habitual 50%)

En la parte inferior izquierda se encuentra el panel con el control del motor y movimiento. Siempre que se desee que la máquina funcione tendremos que accionar el botón Motor.

En la parte superior derecha hay un panel que informa sobre la Posición de las mordazas y la Fuerza. En la opción Fuerza se debe pulsar el botón cero para poner el valor de la fuerza a cero. La Posición refleja la distancia entre el transductor y la base, y dependerá del tamaño de la probeta que vamos a romper.

Posición

Control motor y movimiento

Paneles Tipo de control




4.2 Inicio del ensayo En tipo de control se debe pulsar control manual. En el Panel de

adquisición aparecerá el nombre del ensayo de manera automática, pudiendo

cambiarlo escribiendo en el recuadro habilitado para ello. Se selecciona Autoescala y Activar Adquisición. Posteriormente procedemos con la siguiente secuencia:

Activar motor

Iniciar

Marcha

En la pantalla podemos observar cómo va variando la fuerza y la posición y también se va dibujando la curva Tensión-Deformación. Cuando se rompa la probeta se debe detener la adquisición y parar el motor.

En el panel superior izquierdo nos aparecerá el gráfico del ensayo realizado. Pulsando el botón Cursores se pueden observar los datos relevantes del gráfico.

Para el análisis y tratamiento de los datos, salir del panel de control y pinchar en el icono Tratamiento de Datos.

Ilustración 11. Pantalla del software SM3000.




4.3 Preparación y Elaboración de Datos Una vez se han obtenido los datos procedentes de la plataforma informática

SCM3000 es necesario realizar una conversión de tipología de datos.

Del formato de datos tal y como los entrega el software, ha de realizarse una reconstrucción orientada a un documento basado en el programa Excel de la compañía Microsoft adecuado para el tratamiento de hojas de cálculo.

A continuación, se procederá a enumerar los pasos para pasarlos a una hoja de cálculo:

FASE 1:CONVERSIÓN.

En el menú Archivo – Abrir – Todos los archivos (*.*) – seleccionar…

Posteriormente se selecciona el fichero donde están disponibles los datos del ensayo.

Se abre el Asistente para importar texto donde hemos de hacer lo siguiente:

Ø Paso 1 de 3: Se selecciona:

- Delimitados. - Comenzar a importar en fila 1. - origen del archivo Windows ANSI. - Siguiente.

Ø Paso 2 de 3:

- Separadores punto y coma. - Calificador de texto “. - Siguiente.

Ø Paso 3 de 3:

- Formato de datos general. - Finalizar.

FASE 2: ARREGLO DE GRÁFICAS.

Ø Paso 1 de 3: Se eliminan las filas iniciales donde los valores de fuerzas son negativos.

Ø Paso 2 de 3: Se eliminan las filas finales donde se produce la caída súbita de la carga.

Ø Paso 3 de 3: Se trazan las rectas de ayuda para obtener la información procedente de las gráficas.




5. Resultados experimentales Antes de comenzar con la toma de datos de cada experimento o ensayo ha

de procederse a dimensionar la probeta. Para medir las dimensiones de cada probeta se procede a utilizar un calibre o pie de rey mediante el cual se mide el largo, ancho y espesor de la probeta. Posteriormente, se procede a dibujar unas marcas sobre una de las caras de la probeta de modo que éstas queden a 1 cm una de otra.

Una vez tomados los datos necesarios y dibujadas las líneas, se procederá a colocar la probeta entre las mordazas. En el caso de que las mordazas no queden coplanarias, será necesario emplear una pequeña precarga del sistema . Una vez insertada y colocada la probeta entre las mordazas del dispositivo de ensayo se procederá a medir la distancia entre mordazas de modo que podamos medir la longitud L0 (la medida de L0 se tomará después haber realizado la precarga, en caso de ser necesario).

En todos los experimentos se seleccionará una velocidad 100 N/s y un fin de carga 50 kN. Posteriormente, se referencia el sistema a cero y se pone a memo. Respecto a la sensibilidad a la rotura, podemos decir que el dispositivo es extremadamente sensible, es decir, ante cualquier tipo de variación grande detectará una rotura y dejará de funcionar. Otro extremo es aquel en el que el sistema está mal condicionado también por lo que se puede romper la pieza y la máquina continua con el proceso.




5.1 ACERO Una vez llevado a cabo la medición de las dimensiones de la probeta se

obtuvo como resultado:

200 mm de largo,

20,9 mm de ancho,

1,6 mm de espesor

y 131,5 mm de la longitud entre mordazas.

Algunos de los resultados que pudieron obtenerse de las marcas realizadas en la probeta son:

Elongación en mm de la probeta: 49,5 mm.

= ((131,5 + 49,5) - 131,5)/131,5 à 37,64% (que es menor).

Se eligen N marcas para un sentido y otro, y se mide la distancia. Se mide la diferencia entre una marca hacia arriba y hacia abajo:

o Lo que debía medir 3 cm, una vez llevado a cabo el ensayo

mide 4,8 cm: (3 marcas) = (48-30)/30 à 60,00 %.


mide 7,3 cm: (5 marcas) = (73-50)/50 à 46,00 %.

Tal y como puede observarse en los cálculos anteriores, en la zona de rotura aparecen valores de elongación mayores que los que existen en el total de la probeta (de un 60 % en la zona centra alcanzamos un 36 % para la probeta completa). Este fenómeno es debido a que la elongación no es homogénea en la probeta de acero.

A continuación, se enumeran los parámetros o propiedades mecánicas que se pueden obtener del ensayo de tracción para la probeta de acero:

Módulo de Young (E): 218,9 GPa

Tensión de fluencia al 0,2% ( 0,2%): 203 MPa

Tensión máxima( uts): 313 MPa

Tensión de rotura( rot): 240 MPa




Fuerza

(kN)

Deformación

(mm)

Posición

(mm)

Tiempo

(s)

Fuerza

(N)

Elongación

(%)

Esfuerzo

(N/mm2)

-0,001532078 0,1162755 0 0,0 -2 0,01% 0

-0,001532078 0,1162755 0 0,1 -2 0,01% 0

-0,001532078 0,1165044 0 0,2 -2 0,01% 0

-0,004596233 0,1165044 0 0,3 -5 0,01% 0

-0,001532078 0,1162755 0 0,4 -2 0,01% 0

-0,001532078 0,1162755 0 0,5 -2 0,01% 0

0,000000000 0,1162755 0 0,6 0 0,01% 0

0,004595995 0,1162755 0 0,7 5 0,01% 0

0,010724070 0,1165044 0 0,8 11 0,01% 0

0,021448370 0,1162755 0 0,9 21 0,01% 1

0,033704520 0,1162755 0 1,0 34 0,01% 1

0,044428830 0,1162755 0 1,1 44 0,01% 1

0,055152890 0,1162755 0 1,2 55 0,01% 2

0,065877200 0,1162755 0 1,3 66 0,01% 2

0,078133340 0,1162755 0 1,4 78 0,01% 2

0,088857650 0,1162755 0 1,5 89 0,02% 3

… … … … … … …

Tabla 1. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de acero.

Ilustración 12. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de acero.

uts = 313

rot = 240

0

50

100

150

200

250

300

350

0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00% 35,00% 40,00%

Te

nsi

ón

(M

Pa

)

Elongación (%)

0.2% = 203,32

E = 21894 MPa

y = 21894x - 70,7

0

50

100

150

200

250

0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00%




5.2 LATÓN Una vez llevado a cabo la medición de las dimensiones de la probeta se


200 mm de largo,

20,2 mm de ancho,

1,9 mm de espesor

y 132 mm de la longitud entre mordazas.

Algunos de los resultados que pudieron obtenerse en la probeta son:

Elongación en mm de la probeta: 82,4 mm.

= ((132 + 82,4) - 132)/132 à 62,42 % (que es menor).

= (194 - 132)/132 à 46,97 % (midiendo las marcas realizadas).

= (210 - 132)/132 à 59,09 % (midiendo entre las marcas realizadas por Matías, línea donde terminaban las mordazas).

Se eligen N marcas para un sentido y otro, y se mide la distancia. Se mide la diferencia entre una marca hacia arriba y hacia abajo:


mide 4,5 cm: (3 marcas) = (45-30)/30 à 50,00 %.


mide 7,5 cm: (5 marcas) = (75-50)/50 à 50,00 %.

Se puede observar en los valores resultantes una cierta similitud en todos ellos. Esto último es debido a que el latón no tiene por qué romper por el centro pues la sección disminuye de igual modo a lo largo de toda la longitud por lo que puede romper por cualquier sitio. En el acero rompía por el centro porque estiraba más por el centro, tenía mayor estricción en el centro. Respecto a la marca realizada por Matías, tampoco tiene mucho sentido porque la muesca de los dientes de la mordaza no tenía por qué haber aparecido pues ello es debido a que las mordazas no han apretado lo suficiente. Las marcas en ellas han ayudado a ver si las mordazas se han apretado lo suficiente. A continuación, se enumeran los parámetros o propiedades mecánicas que se pueden obtener del ensayo de tracción para la probeta de latón:








Fuerza

(kN)

Deformación

(mm)

Posición

(mm)

Tiempo

(s)

Fuerza

(N)

Elongación

(%)

Esfuerzo

(N/mm2)

-0,022980450 0,1165044 0 0,1 -23 -0,11% -1

-0,024512290 0,1162755 0 0,2 -25 -0,11% -1

-0,022980450 0,1162755 0 0,3 -23 -0,11% -1

-0,022980450 0,1162755 0 0,4 -23 -0,11% -1

-0,019916300 0,1162755 0 0,5 -20 -0,11% -1

-0,018384220 0,1165044 0 0,6 -18 -0,11% -1

-0,015320300 0,1162755 0 0,7 -15 -0,11% 0

-0,013788220 0,1162755 0 0,8 -14 -0,10% 0

-0,013788220 0,1162755 0 0,9 -14 -0,10% 0

-0,013788220 0,1162755 0 1,0 -14 -0,10% 0

-0,013788220 0,1162755 0 1,1 -14 -0,10% 0

-0,015320300 0,1162755 0 1,2 -15 -0,10% 0

-0,013788220 0,1165044 0 1,3 -14 -0,09% 0

-0,013788220 0,1165044 0 1,4 -14 -0,09% 0

-0,012256150 0,1165044 0 1,5 -12 -0,09% 0

0,088857650 0,1162755 0 1,5 89 0,02% 3

… … … … … … …

Tabla 2. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de latón.

Ilustración 13. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de latón.

uts = 310

rot = 301

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

-10,00% 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00%

Te

nsi

ón

(M

Pa

)

Elongación (%)

0.2% =

131,90

E = 15183 MPa

y = 15183x - 52,488

0

20

40

60

80

100

120

140

160

-0,50% 0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00%




5.3 ALUMINIO Una vez llevado a cabo la medición de las dimensiones de la probeta se


200 mm de largo,

22,15 mm de ancho,

1,5 mm de espesor

y 132 mm de la longitud entre mordazas.

Algunos de los resultados que pudieron obtenerse en la probeta son:

Elongación en mm de la probeta: 50 mm.

= ((132 + 50) - 132)/132 à 37,88 % (que es menor).

= (204 - 132)/132 à 54,55 % (midiendo las marcas realizadas).

A continuación, se enumeran los parámetros o propiedades mecánicas que se pueden obtener del ensayo de tracción para la probeta de aluminio:








Fuerza

(kN)

Deformación

(mm)

Posición

(mm)

Tiempo

(s)

Fuerza

(N)

Elongación

(%)

Esfuerzo

(N/mm2)

0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0

0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0

0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0

0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0

0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0

0,003064156 0,1165044 0 0,1 3 -0,01% 0

0,006128073 0,1165044 0 0,2 6 -0,01% 0

0,006128073 0,1167333 0 0,3 6 -0,01% 0

0,004595995 0,1167333 0 0,4 5 -0,01% 0

0,004595995 0,1165044 0 0,5 5 -0,01% 0

0,004595995 0,1165044 0 0,6 5 -0,01% 0

0,006128073 0,1165044 0 0,7 6 0,00% 0

0,007660151 0,1165044 0 0,8 8 0,00% 0

0,009192228 0,1165044 0 0,9 9 0,00% 0

0,009192228 0,1165044 0 1,0 9 0,00% 0

0,010724310 0,1165044 0 1,1 11 0,01% 0

… … … … … … …

Tabla 3. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de aluminio.

Ilustración 14. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de Al.

uts = 86

rot = 85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-5,00% 0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00% 35,00% 40,00% 45,00%

Te

nsi

ón

(M

Pa

)

Elongación (%)

0.2% = 44

E = 6462,6 MPa

y = 6462,6x - 9,1251

0

10

20

30

40

50

60

-0,20% 0,00% 0,20% 0,40% 0,60% 0,80% 1,00% 1,20% 1,40% 1,60% 1,80%




5.4 CAUCHO L0 ES DE 30 MM, es tal el cambio de la sección que, aunque no cojamos con

las mordazas de la zona del cambio de radio, no le pasará nada.

uts = 2

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0,00% 100,00% 200,00% 300,00% 400,00% 500,00% 600,00%

Te

nsi

ón

250

ón

(M

Pa

)

Elongación (%)

Ilustración 15. Gráfica - obtenida del ensayo de la probeta de caucho.

5.5 RESINA

-100

0

100

200

300

400

500

-20,00% 0,00% 20,00% 40,00% 60,00% 80,00% 100,00% 120,00% 140,00%

Te

nsi

ón

ó

n

(MP

a)

Elongación (%)

Ilustración 16. Gráfica - obtenida del ensayo de la probeta de resina.




6. BIBLIOGRAFÍA 1. Datsko, Joseph. "Materials Properties and Manufacturing Processes". John

Wiley. 2. Blanco, Oswaldo. Procesos de Fabricación. Conceptos Básicos. 3. Kalpakjian, Serope y Schmid, Steven. “Manufactura, Ingeniería y

Tecnología”. Prentice Hall. 2002. 4. Dieter, E. "Metalurgia Mecánica". Mc Graw-Hill. 5. Rowe, Geoffrey. "Principles of Industrial Metalworking Processes". Edward

Arnold.




Tabla de contenidos 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 2

2. FUNDAMENTO TEÓRICO .................................................................................. 3

3. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE ENSAYO .......................................................... 8

3.1 Descripción del equipo I: Hardware ................................................ 9

3.2 Descripción del equipo II: Software ............................................... 10

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ................................................................. 11

4.1 Preparación del ensayo.................................................................. 11

4.2 Inicio del ensayo ............................................................................ 13

4.3 Preparación y Elaboración de Datos .............................................. 14

5. Resultados experimentales ............................................................................. 15

5.1 ACERO ........................................................................................... 16

5.2 LATÓN ........................................................................................... 18

5.3 ALUMINIO ...................................................................................... 20

5.4 CAUCHO........................................................................................ 22

5.5 RESINA ........................................................................................... 22

6. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 23

Tabla de contenidos ............................................................................................... 24

Tabla de ilustraciones ............................................................................................ 25

Tabla de tablas ...................................................................................................... 25




Tabla de ilustraciones Ilustración 1. Equipo de ensayo Microtest EM1-50. Geometría de las probetas. ....... 2 Ilustración 2. Posible curva Fuerza-Deformación de un acero. ................................. 3 Ilustración 3. Simulación de una probeta sometida a fuerzas de tracción. ................ 4 Ilustración 4. Posible curva Esfuerzo-Deformación de un acero. .............................. 5 Ilustración 5. Efecto de carga y descarga en un ensayo de tracción. ........................ 5 Ilustración 6. Ejemplo de obtención de características mecánicas de un acero. ....... 7 Ilustración 7. Esquema de un equipo de ensayo Microtest EM1-50. ......................... 9 Ilustración 8. Imágenes del software SCM3000. ..................................................... 10 Ilustración 9. Esquema del dispositivo en la posición 1. ......................................... 11 Ilustración 10. Distribución de bloques del software SCM3000. ............................. 12 Ilustración 11. Pantalla del software SM3000. ......................................................... 13

Ilustración 12. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de acero. 17

Ilustración 13. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de latón. . 19

Ilustración 14. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de Al. ...... 21

Ilustración 15. Gráfica - obtenida del ensayo de la probeta de caucho. .............. 22

Ilustración 16. Gráfica - obtenida del ensayo de la probeta de resina. ............... 22

Tabla de tablas Tabla 1. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de acero. ........... 17 Tabla 2. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de latón. ............ 19 Tabla 3. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de aluminio. ...... 21

Documents

Ensayo a Tracción