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INTRODUCCIÓN
En muchas ocasiones en el estudio de materiales se hace necesario
conocer las cargas que son capaces de soportar diferentes materiales.
Uno de los procedimientos que se realizan para llevar a cabo este estudio
es el ensayo de tracción
Este ensayo corresponde a medir la carga mientras se realiza un esfuerzo
sobre una probeta de un material especificado cuyas propiedades conocemos de
antemano.
Los resultados correspondientes de estos ensayos permiten evaluar que un
material será el utilizado en cada situación que se presente, por esto es muy
importante la rigurosidad en el tratamiento de los datos y de los resultados
obtenidos.
A continuación se presenta el análisis realizado para 4 materiales metálicos
diferentes con énfasis en sus propiedades físicas estudiadas durante este curso.
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
ÍNDICE
1 OBJETIVOS…………………………………………… 2
2 EQUIPO ………………………………………… 4
3 PROCEDIMIENTO………………………………….. 6
4 FUNDAMENTO TEÓRICO…………………………. 8
5 HOJA DE DATOS………………………………… 13
6 CÁLCULOS ……………………………………... 14
7 CONCLUSIONES…..…………………………….. 16
8 OBSERVACIONES………………………………. 16
9 RECOMENDACIONES…………………………… 16
10 BIBLIOGRAFÍA…………………………………… 171 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE
MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
1. Objetivos:
Obtener la gráfica experimental Carga vs. Deformación.
Obtener, a partir de la gráfica anterior, las gráficas Esfuerzo vs.
Deformación de Ingeniería.
Determinar la resistencia mecánica a la tracción de los materiales
ensayados a partir de las gráficas y los datos recogidos.
Conocer el funcionamiento de un equipo para ensayos de tracción de
materiales, así como los lugares de aplicación de éste equipo en la
industria, también es importante conocer los riesgos que representa el uso
inadecuado del equipo.
Determinar propiedades y características, y el comportamiento de los
materiales en servicio.
Establecer o comprobar relación que existe entre el esfuerzo y deformación
de ingeniería.
Establecer semejanzas y diferencias entre uno y otro ensayo de tracción.
2 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
Comprender los conceptos referidos a los ensayos de tracción, es decir
familiarizarse con sus significados.
2. Equipo:
3 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
3. Procedimiento:
4 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
4. Fundamento Teórico
El ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta
normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la
rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza
estática o aplicada lentamente.
En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los
materiales elásticos:
Módulo de elasticidad o Módulo de Young, que cuantifica la
proporcionalidad anterior.
Coeficiente de Poisson , que cuantifica la razón entre el alargamiento
longitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la dirección
de la fuerza.
Límite de fluencia : valor de la tensión que soporta la probeta en el
momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este
fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones
elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la
deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.
Límite elástico (límite elástico convencional o práctico) : valor de la
tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%,
0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado.
Carga de rotura : carga máxima resistida por la probeta dividida por la
sección inicial de la probeta.
5 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta.
Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en
tanto por ciento.
Estricción : es la reducción de la sección que se produce en la zona de la
rotura.
Normalmente, el límite de proporcionalidad no suele determinarse ya que carece
de interés para los cálculos. Tampoco se calcula el Módulo de Young, ya que éste
es característico del material; así, todos los aceros tienen el mismo módulo de
elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes.
Probeta de cobre antes del ensayo de tracción.
Probeta de cobre fracturada después del ensayo de tracción.
6 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
Curva tensión-deformación
Diagrama de tensión–deformación típico de un acero de bajo límite de fluencia.
En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos
puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se
representa gráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la
sección de la probeta). En general, la curva tensión-deformación así obtenida
presenta cuatro zonas diferenciadas:
7 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
1. Deformaciones elásticas : Las deformaciones se reparten a lo largo de la
probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la
probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad
entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de
Young y es característico del material. Así, todos los aceros tienen el mismo
módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes.
La tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite
de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. Pueden existir
dos zonas de deformación elástica, la primera recta y la segunda curva,
siendo el límite de proporcionalidad el valor de la tensión que marca la
transición entre ambas. Generalmente, este último valor carece de interés
práctico y se define entonces un límite elástico (convencional o práctico)
como aquél para el que se produce un alargamiento prefijado de antemano
(0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene trazando una recta paralela al tramo
proporcional (recto) con una deformación inicial igual a la convencional.
2. Fluencia : Es la 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 deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se
deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las
dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La deformación
en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta
pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las
dislocaciones (bandas de Luders). 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.
8 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
3. Deformación unitaria : 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.
4. Estricción: Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran
en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la
sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones
continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por esa zona. La
estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación;
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. Terminado el
ensayo se determina la carga de rotura, carga última o resistencia a la
tracción: la máxima resistida por la probeta dividida por su sección inicial, el
alargamiento en (%) y la estricción en la zona de la rotura.
9 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
5. Hoja de datos:
ALUMINIO
ELONGACION: 32-25.4=6.6mm CUELLO=2.73mm
FLUENCIA: 600 CARGA MÁXIMA: 690 ROTURA: 350
COBRE
ELONGACION: 30.4-25.4=5mm CUELLO=2.85mm 10 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE
MEDIDA
6.41 mm6.42 mm6.41 mm
6.32 mm6.39 mm6.36 mm
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
FLUENCIA: No existe CARGA MÁXIMA: 1000 ROTURA:
500
11 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
6. Cálculos y resultados:
ALUMINIO:
12 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
A: Deformación en longitud mediante la gráfica obtenida por la maquina
6.6mm→21mm
25.4mm→x
DONDE: X = 80.8mm
B: La variación de la carga mediante escala obtenida por la gráfica descrita por la
maquina
13 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
P.DE
FLUENCI
A
CARGA
(Kg)
A (mm) B(Kg) DEFORMACIÓ
N UNITARIA DE
INGENIERÍA
PROMEDI
O DE
ÁREA
(mm2)
ESFUERZO
DE
INGENIERÍ
A
46 0.2 1.5 0.00
129.08
0.36
245.34 1.1 8 0.01 1.90
567.34 2 18.5 0.02 4.40
600 2.1 19.56 0.03 4.65
P.
MÁXIMO
644 3.1 21 0.04 4.99
690 5.5 22.5 0.07 5.35
P. DE
FLUENCI
A
644 10.1 21 0.12 4.99
398.67 19.1 13 0.24 3.09
350 21.1 11.5 0.26 2.71
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
690Kg→22.5mm
x→1mm
DONDE: X = 30.67Kg
14 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00 CURVA DE TRACCIÓN DE INGENIERÍAESFUERZO VS DEFORMACIÓN
DEFORMACIÓN DE INGENIERÍA
ESFUERZO KG
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
TENIENDO EN CUENTA ALGUNOS PUNTOS DE LA CURVA DE TRACCIÓN REAL
∴
HALLAMOS LA
SUPERPOSICION DE LAS CURVAS DE TRACCION DE INGENIERIA Y REAL
15 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
DEFORMACIÓN UNITARIA REAL
ER=ln(EO+1)
ESFUERZPO REAL
σ R=σO(EO+1)
0.00247188 0.35725013
0.01352036 1.92655416
0.02444811 4.50403882
0.02565496 4.76907445
0.03764408 5.18054589
0.06584475 5.70934312
0.11776929 5.61272109
0.21216906 3.81854974
0.23198935 3.41948563
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.300.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00SUPERPOSICIÓN DE LAS CURVAS DE TRACCIÓN
DEFORMACIÓN
ESFUERZO KG
16 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
COBRE:
En la experiencia no se pudo obtener el punto de fluencia así que se procedió a tomar el
punto mediante el método offset el cual se obtuvo:
757.575 Kg y 0.45(A)
P. DE FLUENCIA
CARGA
(Kg)
A (mm) B(Kg) DEFORMACIÓN
UNITARIA DE
INGENIERÍA
PROMEDIO
DE ÁREA
(mm2)
ESFUERZO
DE
INGENIERÍA
121.21 0.2 0.4 0.03 127.07 0.95
363.64 0.3 1.2 0.04 127.07 2.86
696.97 0.4 2.3 0.05 127.07 5.48
757.57 0.45 2.5 0.06 127.07 5.96
P MÁXIMO
757.57 0.45 2.5 0.06 127.07 5.96
909.09 0.5 3 0.07 127.07 7.15
1000 0.55 3.3 0.07 127.07 7.87
P. DE ROTURA
909.09 0.8 3 0.10 127.07 7.15
666.67 1.3 2.2 0.17 127.07 5.25
500 1.5 1.65 0.20 127.07 3.93
A: Deformación en longitud mediante la gráfica obtenida por la maquina 17 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE
MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
5mm→15mm
25.4mm→x
DONDE: X = 76.2mm
B: La variación de la carga mediante escala obtenida por la gráfica descrita por la
maquina
1000Kg→3.3cm
1Kg→ xcm
DONDE: X = 303.03Kg
18 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.220.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
CURVA DE TRACCIÓN DE INGENIERÍAESFUERZO VS DEFORMACIÓN
DEFORMACIÓN DE INGENIERÍA
ESFUERZO KG
TENIENDO EN CUENTA ALGUNOS PUNTOS DE LA CURVA DE TRACCIÓN REAL
19 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
DEFORMACIÓN UNITARIA
REAL
ER=ln(EO+1)
ESFUERZPO REAL
σ R=σO(EO+1)
0.05116205 5.77285238
0.03861484 2.97439628
0.02590818 0.97892
0.05737711 6.31390876
0.05737711 6.31390876
0.06969254 8.43769952
0.15751958 6.1415468
0.09983346 7.9053476
0.06355378 7.62368439
0.17969343 4.70941368
HALLAMOS LA SUPERPOSICION DE LAS CURVAS DE TRACCION DE INGENIERIA Y
REAL
20 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.250.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
SUPERPOSICIÓN DE CURVAS DE TRACCIÓN
DEFORMACIÓN
ESFUERZOS
CURVA REAL
CURVA DE INGENIE-RÍA
21 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
SAE 1045
1. Módulo de elasticidad:
E = σξ
= FxLAxΔL
=1191.5 kg/mm2
2. Estricción:
Ψ = Ao−AfAo
=
π4x (6.722−4.382)
π4x (6.722)
= 0.575 = 57.5 %
3. Resilencia:
R = σ p xξ p2
= 0.8539 kg/ mm2
4. Tenacidad:
T = σ p+σ max+σ R
3 ξR=
45.11+75.56+64.1443
0.244 = 15.031 kg/mm2
GRÁFICOS:
Gráfico obtenido en el laboratorio:
22 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
0 1 2 3 4 5 6 70
500
1000
1500
2000
2500
3000grafica obtenida del laboratorio acero
ΔL (cm)
F (k
g)
Gráfico ξ ing vs σ ing para el acero 1045
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.30
10
20
30
40
50
60
70
80
grafica ξ ing vs σ ing
ξ ing
σ in
g (k
g/m
m2)
Gráfico ξ real vs σ real para el acero 1045
23 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
gráfico ξ real vs σ real
ξ real
σ re
al
Gráfico de comparaciones de las cargas de fluencia, Rotura y máxima
Datos de carga:
Fluencia: 1600
Rotura: 2200
Fmax: 2680
24 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
Fluencia Rotura F max0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Gráfico de comparaciones acero 1045
Series1
SAE 1010
1. Módulo de elasticidad:
E = σξ
= FxLAxΔL
=3133 kg/mm2
2. Estricción:
Ψ = Ao−AfAo
=
π4x (5.82−3.162)
π4x(5.82)
= 0.7042 = 70.42 %
3. Resilencia:
25 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
R = σ p xξ p2
= 0.153 kg/ mm2
4. Tenacidad:
T = σ p+σ max+σ R
3 ξR=
30.3399+44.56+29.393
0.3633 = 12.629 kg/mm2
GRÁFICOS:
Gráfico obtenido en el laboratorio para el acero 1010
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
200
400
600
800
1000
1200
1400
grafica obtenida del laboratorio
Series2
ΔL (cm)
F (k
g)
Gráfico ξ real vs σ real para el acero 1010
26 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.350
10
20
30
40
50
60gráfico ξ real vs σ real
ξ real
σ re
al
Gráfico ξ ing vs σ ing acero 1010
27 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.405
101520253035404550
grafica ξ ing vs σ ing
Series2
ξ ing
σ in
g (k
g/m
m2)
Gráfico de comparaciones de las cargas de fluencia, Rotura y máxima
Datos de carga:
Fluencia: 760 kg
Rotura: 850 kg
Fmax: 1180 kg
28 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
Fluencia Rotura F max0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Gráfico de comparaciones de cargas
Series1
29 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
7. Conclusiones:
El ensayo de tracción nos sirvió para poder darle un buen uso de los
materiales puesto que sabemos cuanta fuerza soportan y sabemos en qué
utilizar esos materiales para la ingeniería
Se realizó un ensayo de tracción sobre una probeta de los materiales
torneados para dicho fin, de acuerdo a las normas ASTM, el cual permitió
obtener las características mecánicas principales de dicho material a partir
del análisis de la curva de tensión deformación y verificar de este modo las
propiedades de estos materiales.
Se obtuvo además un panorama general del mecanizado de la probeta y un
ensayo de tracción.
Los resultados de la curva experimental son más pequeños que de la curva
teórica de los respectivos materiales.
Se puso a prueba la elasticidad de cada uno de los materiales como el
acero, bronce, cobre y aluminio, cada uno de estos materiales tiene distinto
tipo de elasticidad, deformación etc.
Se notó también que casi no se formó cuello en el ensayo con el bronce,
pues el tiempo que tuvo entre el esfuerzo máx. y el esfuerzo de rotura fue
muy corto, y es en este tramo donde se forma el cuello.
30 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
8. Observaciones:
31 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
9. Recomendaciones:
Para obtener buenos resultados o más exactos los equipos deberían ser
modernos, aun así botemos resultados aproximados.
Una de las recomendaciones seria ir una tapa oídos para que al momento
de la ruptura del material no te dañe el oído.
Recomendamos tener mucho cuidado al momento de la medición, en
especial cuando se acerca al valor de rotura, ya que la probeta se rompe y
algún pedazo de esta puede salir disparado del dispositivo y lastimar al
operario.
Para obtener mayor precisión en los resultados del cálculo de la curva de
ingeniería en la gráfica no se toma los primeros tramos, porque no
obedecen a la ley de Hooke.
Para que la gráfica sea más precisa se debe tener en cuenta que el rodillo y
hoja estén bien sujetos y ubicados.
10.Bibliografía:
Manual de laboratorio de física general 2009
SEARS, Francis W. Física universitaria Editorial Mc. Graw Hill, México 11º
edición.
TIPLER, Paul Física Editorial Reverte S.A. 3º edición.
32 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
6 de Octubre del 2011
Ingeniería
33 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA