1 ENSAYO DE TENSIN O TRACCIN Objetivos Analizarel comportamientode los materiales metlicos al ser sometidosa un esfuerzo de tensin un-axial. Reconocerydeterminardemaneraprcticalasdistintaspropiedades mecnicas de los materiales sometidos a esfuerzos de tensin o traccin. Reconocerydiferenciarlosestadoszonaelsticayzonaplsticadelos metales.Construir e interpretar la grfica Esfuerzo vs deformacin para el ensayo de tensin. Calcularelmodulodeelasticidad,limiteelstico.Esfuerzoltimoala tensin y esfuerzo de ruptura, porcentaje de alargamiento y de reduccin de rea de los metales entre otras. Medir la resistencia a fluencia o esfuerzo de fluencia de los materiales. Observaryreconocerlasposiblesdiferenciasquepresentanlosdiversos materiales en cuanto a ductilidad y fragilidad (en cuanto a su tolerancia a la deformacin). Materiales Probeta de aluminio 1100 Mquina universal de traccin Gato hidrulico Martillo Introduccin Muchos materiales cuando estn en servicio estn sujetos a fuerzas o cargas. En talescondicionesesnecesarioconocerlascaractersticasdelmaterialpara disear el instrumentodonde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que vayaaestarsometidonoseanexcesivosyelmaterialnosefracture.El comportamientomecnicodeunmaterialeselreflejodelarelacinentresu respuesta o deformacin ante una fuerza o carga aplicada. El ensayo a la tensin se realiza mediante una mquina universal de traccin que provocaladeformacindeunaprobetadelmaterialaensayaralaplicarleuna carga progresiva en sentido axial.La probeta se sujeta por sus extremos en la mquina por medio de mordazas que asuvezsometenlamuestraatensinprogresiva.Estacargaprovocaquela probeta se vaya alargando en longitud y adelgazando en seccin (estriccin) de un modoprogresivohastaalcanzarlafracturadelapieza.Es,portanto,unensayo 2 destructivo y, para que sea vlido, la rotura debe producirse en la zona central de la probeta.Losdatosdelafuerzaaplicadasepuedenconvertirentensinyasconstruirla grfica esfuerzo-deformacin, similar a la que representada en la figura. Marco Terico Unmaterialpresentavariaszonasencuantoasucomportamientoanteun esfuerzodetraccin.Estaszonasestnrepresentadaseneldiagramaesfuerzo deformacin anterior y vamos a verlas una a una. 3 Zona elstica (OB) Secaracterizaporquealcesarlastensionesaplicadas,losmaterialesrecuperan su longitud inicial.Zona plstica (BE)En esta zona se ha rebasado la tensin del lmite elstico y, aunque dejemos de aplicartensionesdetraccin,elmaterialyanorecuperasulongitudoriginalyla longitud final ser mayor que lo. En la zona elstica (OB) hay, a su vez, dos zonas: Zona de proporcionalidad (OA)Enlagrficaesunalnearecta,esdecir,elalargamientounitario()es proporcionalala tensin ejercida().Enlasaplicacionesindustrialessiempre se trabajaenestazona,yaquenoseproducendeformacionespermanentesy adems se puede aplicar la ley de Hooke.Zona no proporcional (AB)El material se comporta de forma elstica, pero no existe una relacin proporcional entre tensin y deformacin. 4 En la zona plstica (BE) tambin se pueden distinguir dos zonas: Imagen 15. Elaboracin propia. Zona de deformacin plstica uniforme o zona de lmite de rotura (CD)Seconsiguengrandesalargamientosconunpequeoincrementodelatensin. En el punto D encontramos el lmite de rotura y la tensin en ese punto se llama tensin de rotura (r). A partir de este punto, la probeta se considera rota, aunque fsicamente no lo est.Zonaderoturaozonadeestriccinozonadedeformacinplstica localizada (DE)Las deformaciones son localizadas y, aunque disminuya la tensin, el material se deforma hasta la rotura. En el punto D, la probeta se ha fracturado. La seccin de la probeta se reduce drsticamente.Estacurvaesfuerzo-deformacinvaradeunmaterialaotro,einclusootros materiales presentan curvas distintas; es el caso del acero.Enelcasodelaceroexisteunazonajustoalsobrepasarellmiteelsticoenel que se da una deformacin apreciable sin que vare la tensin aplicada. Estefenmenosedenominafluenciaylatensinenesepuntosedenomina tensin de fluencia. Se trata de la zona BC del diagrama anterior. Imagen 16. Elaboracin propia. 5 Cuandolacurvasedesvadelarectainicial,elmaterialalcanzaelpuntode fluencia,ydesdeesemomentoel materialcomienzaaadquirirunadeformacin permanente.Apartirdeestepunto,siseretiralacarga,laprobetamantendraunacierta deformacinpermanente,yaquehabrentradoenlazonaplstica,dejandode cumplirse la ley de Hooke.Elvalorlmiteentrelazonaelsticaylazonaplsticaeselpuntodefluencia, punto que en ocasiones no es sencillo de determinar observando la grfica.Despus de la fluencia contina una zona inestable, que depende de cada acero, parallegaraunmximoenquelaprobeta,enlugardealargarsedeforma permanenteyrepartidaalolargodetodasulongitud,lohaceconcentrandola deformacin en una zona en la cual se produce un estrangulamiento.Enprobetascilndricassometidasatraccin,lagrficaquehemosvistoes creciente slo durante una primera fase del ensayo en que la carga es creciente.A partir del mximo de la carga, se desarrolla un cuello de estriccin en el que se localizan las deformaciones de la probeta y que hace disminuir la carga resistida.Enestapartedelensayo,elmaterialfueradelazonadelestrangulamientose descarga elsticamente, mientras que en el cuello contina la carga plstica hasta llegar a la rotura. Procedimiento: 1)Lo primero que hicimos fue medir la longitud de la barra de aluminio antes de aplicarle cualquier esfuerzo. 2)Se mide el dimetro de la seccin media, utilizando un vernier para hacer el calculo. 3)Colocamoslabarraenelinstrumentousadoparaaplicartensinsobrela misma, despus se coloc un indicador de caratula, se calibro, para poder tener la elongacin del material lo ms exactamente posible. 4)Se coloc un medidor de fuerza y se calibro al mismo tiempo en cero. 5)Tomamos medida de la longitud de extremo a extremo para poder tener lo dato iniciales de la prctica. 6)Despus se hizo uso de un gato (David)para poder incrementar la tensin y/o fuerza, la cual fue tomada en Newton. 7)Finalmente la toma de los datos fue grabada con dos cmara, una enfocada al medidor de fuerza, y la otra a la pieza a tensar y al indicador de caratula. El modus operandi fue que la captura de los datos se realizara cada cuarto 6 de vuelta del indicador de caratula y para saber que eso ocurra se deca la palabra ya, Para esta practica se usaron las siguientes ecuaciones: =

, =

24, =

0, =

0 Y para los valores reales se emplearon las siguientes formulas: = (1 +) y = (1 +) Los datos obtenidos fueron los siguientes: Captura de datos y resultados Enseguida se graficaron los datos obtenidos dandono como resultado la siguiente grfica: L en in. L en mm. F en kN en MPa Deformacion Esf. Ing. (S) Def. Ing. (e )0 0 0 0 0 0 00.025 0.635 11.9 0.129900125 0.003432432 0.130345998 0.0034265550.05 1.27 19.55 0.213407348 0.006864865 0.214872361 0.0068414090.075 1.905 20.3 0.221594331 0.010297297 0.223876154 0.0102446410.1 2.54 20.85 0.227598118 0.01372973 0.230722979 0.0136363310.125 3.175 21.3 0.232510308 0.017162162 0.236500687 0.0170165560.15 3.81 21.7 0.236876699 0.020594595 0.241755078 0.0203853930.175 4.445 22.25 0.242880486 0.024027027 0.248716182 0.023742920.2 5.08 22.95 0.25052167 0.027459459 0.257400859 0.0270892110.225 5.715 23.3 0.254342262 0.030891892 0.262199375 0.0304243420.25 6.35 23.75 0.259254451 0.034324324 0.268153185 0.0337483870.275 6.985 24 0.261983445 0.037756757 0.271875091 0.0370614190.3 7.62 24.8 0.270716227 0.041189189 0.281866809 0.0403635110.325 8.255 24.7 0.269624629 0.044621622 0.281655717 0.0436547350.35 8.89 25 0.272899422 0.048054054 0.286013346 0.0469351630.375 9.525 25 0.272899422 0.051486486 0.286950055 0.0502048640.4 10.16 25.1 0.27399102 0.054918919 0.289038311 0.053463910.425 10.795 25.6 0.279449008 0.058351351 0.295755236 0.0567123680.45 11.43 25.8 0.281632204 0.061783784 0.299032507 0.0599503090.475 12.065 26.1 0.284906997 0.065216216 0.303487553 0.0631777980.5 12.7 26.2 0.285998595 0.068648649 0.305632012 0.0663949050.525 13.335 26.1 0.284906997 0.072081081 0.305443401 0.0696016950.55 13.97 26.1 0.284906997 0.075513514 0.306421325 0.0727982350.575 14.605 26.1 0.284906997 0.078945946 0.307399249 0.0759845890.6 15.24 26.4 0.28818179 0.082378378 0.311921738 0.0791608220.625 15.875 26.4 0.28818179 0.085810811 0.312910903 0.0823269990.65 16.51 26.75 0.292002382 0.089243243 0.318061621 0.0854831830.675 17.145 26.6 0.290364985 0.092675676 0.317274757 0.0886294370.7 17.78 26.65 0.290910784 0.096108108 0.318869669 0.0917658220.725 18.415 26.4 0.28818179 0.099540541 0.316867561 0.0948924020.75 19.05 26.1 0.284906997 0.102972973 0.314244717 0.0980092370.775 19.685 25.25 0.275628416 0.106405405 0.30495677 0.1011163870.8 20.32 23.9 0.260891848 0.109837838 0.289547644 0.1042139130.825 20.955 22 0.240151492 0.11327027 0.267353516 0.1073018730.85 21.59 20.9 0.228143917 0.116702703 0.254768929 0.110380328Area 91.60884179 mm L 185 mmL 3.5 in 88.9 mm 10.8mmIngenieriles Reales7 Lmite de proporcionalidad ReginLineal ReginElasto-plstica ReginPlstica

= Estriccin Esfuerzo ltimo Esfuerzo de fluencia Fractura 8 Conclusiones Enestaprcticaseobservoloimportantequeeselensayodetensinyla importancia que tiene dentro de la ingeniera ya que lo podemos tomar en cuenta paraeldiseo deestructurassaber cuandoun elemento estsiendosometidoa tensin.Enesteensayoseviocomofeaplicadaunacargaatravsdelas mordazasyaplicando unacarga,al mismotiempoocurraun desplazamiento la probeta dentro de la maquina fue estirndose hasta que sufri la fractura dentro de esteensayosepudieronobservarconceptoscomocarga,modulodeelasticidad, esfuerzosetc., yano sequedo elconocimientode formatericacomo cuandose realiza un ejercicio en saln de clases que generando un bosquejo da al alumno la ideadelensayosinoqueyaenlapracticasepuedeobservardeunamejor maneraytangibleconlainteraccinnecesariaparaquesecompruebenestos conceptos. Tambinseobservlafracturaencopaycono,tpicadeesteensayo,quese muestra en la Figura. Fig. fractura en copa y cono 9 Glosario Deformacin:Ladeformacineselcambioeneltamaooformadeuncuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o ms fuerzasaplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatacin trmica. Ductilidad:Laductilidadesunapropiedadquepresentanalgunosmateriales, como las aleaciones metlicas o materiales asflticos, los cuales bajo la accin de unafuerza,puedendeformarsesosteniblementesinromperse,permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material. Dureza: La dureza es la oposicin que ofrecen los materiales a alteraciones como lapenetracin,laabrasin,elrayado,lacortadura,lasdeformaciones permanentes, entre otras. Elasticidad:Enfsicaeltrminoelasticidaddesignalapropiedadmecnicade ciertosmaterialesdesufrirdeformacionesreversiblescuandoseencuentran sujetos a la accin de fuerzas exterioresy de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan. Esfuerzo: En ingeniera estructural, los esfuerzos internos o esfuerzos de seccin son magnitudes fsicas con unidades de fuerza sobre rea utilizadas en el clculo depiezasprismticascomovigasopilaresytambinenelclculodeplacasy lminas. Fluencia: La fluencia o cedencia es la deformacin irrecuperable de la probeta, a partir de la cual slo se recuperar la parte de su deformacin correspondiente a la deformacin elstica, quedando una deformacin irreversible. Este fenmeno se sita justo encima del lmite elstico, y se produce un alargamiento muy rpido sin que vare la tensin aplicada. Fragilidad:lafragilidadsedefinemspropiamentecomolacapacidaddeun material de fracturarse con escasa deformacin. Modulodeelasticidad:Paraunmaterialelsticolinealeistropo,elmdulode Youngtieneelmismovalorparaunatraccinqueparaunacompresin,siendo unaconstanteindependientedelesfuerzosiemprequenoexcedadeunvalor mximo denominado lmite elstico, y es siempre mayor que cero: si se tracciona una barra, aumenta de longitud. Plasticidad:Laplasticidadeslapropiedadmecnicadeunmaterialanelstico, natural,artificial,biolgicoodeotrotipo,dedeformarsepermanentee irreversiblementecuandoseencuentrasometidoatensionesporencimadesu rango elstico, es decir, por encima de su lmite elstico.