Práctica 2 Ensayos de tracción

Ciencia de materiales

2015-2016

25/10/2015 Arturo Andrés Valdemoros

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En esta práctica hemos realizado diversos ensayos de tracción, tanto con la máquina analógica como con la digital. El objetivo del ensayo de tracción es determinar aspectos importantes de la resistencia y alargamiento de materiales, que pueden servir para el control de calidad, las especificaciones de los materiales y el cálculo de piezas sometidas a esfuerzos. Es uno de los ensayos mecánicos tensión-deformación más comunes en el que se somete 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.

Las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas (ε = 10-4 a 10-2 s–1).

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

• Módulo de elasticidad o Módulo de Young. Es el resultado de dividir la tensión por la deformación unitaria, dentro de la región elástica de un diagrama esfuerzo-deformación.

• 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 proporcionalidad: valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada.

• Límite de fluencia es el valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la 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 el valor de la tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado. Es la máxima tensión aplicable sin que se produzcan deformaciones permanentes en el material.

• Carga de rotura o resistencia a tracción: carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta.

• 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.

Se han realizado ensayos con probetas cilíndricas y rectangulares normalizadas de acero F-1140 o C45, que se trata de un acero hipoeutectoide de 0,45% de contenido en carbono. En el ensayo de tracción realizado con la máquina analógica se ha alcanzado la rotura total de la pieza en todos los ensayos, mientras que en la digital no se alcanzó la rotura en ninguno de los ensayos debido a la imposibilidad de configurar la máquina para que sucediera.

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Materiales

Hemos necesitado diversos materiales. Lo primero, una regla para poder hacer las divisiones en la pieza a probar, comprobar que tiene las medidas adecuadas y poder hacer las mediciones de la rotura.

Lo más importante son las dos máquinas de tracción que usaremos, una será una máquina universal con velocidad regulable y un registro gráfico. Los diagramas obtenidos son denominados diagramas de tensión-deformación. La otra máquina se trata de una máquina digital que transmite la información a un ordenador, pudiendo así obtener resultados más precisos.

También son muy importantes las chapas y las probetas, estas están normalizadas y tienen las siguientes dimensiones:

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Procedimiento

Probeta cilíndricas maquina analógica: Las probetas son normalmente barras de sección regular y constante, casi siempre circular. Sus extremidades son de mayor sección, para poder fijarlas a la máquina de tracción. En las probetas se hacen dos marcas entre las cuales se mide la longitud l0 (puntos calibrados). Para que los resultados sean comparables, las probetas deben ser geométricamente semejantes, así bajo mismas cargas, obtendremos deformaciones proporcionales. Lo primero que debemos calcular de la probeta es su longitud y sección, operación que realizaremos con ayuda de una regla.

Obtenemos

L=100 mm D=10 mm l0=72,32 mm

Dividimos la probeta en 10 partes iguales por si no rompiera en el tercio central:

Con los datos tomados y las divisiones realizadas tendremos que montar la probeta en la máquina universal de tracción.

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Deberemos colocar las placas que cubren las garras porque pueden saltar piezas.

Con la máquina ya en funcionamiento, está tiene una velocidad de 35 mm/min. Vemos como la probeta se va alargando y deformándose hasta llegar a la rotura. Cuando se rompa la probeta observamos la carga máxima, y en nuestro caso nos dio una carga máxima de 3150 Kp.

Para obtener los resultados nos fijamos por donde se ha roto la probeta, como en nuestro caso se ha roto fuera del tercio central de la misma, cogemos la menor distancia desde donde se ha roto al punto de calibración A. Para calcular el alargamiento en una probeta que no rompe por el tercio central hacemos lo siguiente:

Desde donde ha roto se coge la mínima distancia al punto de calibración (A).

1. Llevamos esa distancia al otro lado obteniendo B. 2. Contamos el nº de divisiones entre A y B (n)

Según sea la diferencia N-n la rotura es par o impar. Este es nuestro caso:

0

0

3 divisiones 30 mm1 3 divisiones 27 mm

21 4 divisiones 33 mm

87 72,32100 100 20,30%72,32

AB nN nBC

BD BC

AB BC BD lll

= = →− −

= = →

= + = →

+ + − −∆ = = =

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Tensión máxima:

max22

0

3150 kp40,1070 mm104

mFRS π

= = =

Limite elástico y módulo de Young:

max

20

02

0

3150 kp82,8947 div3814,69 mm0,2012 div73

27 82,8947 2238,157 kp

kp28,4971 mm

0.002F 21 82,8947 1740,7887 kp

kp3205,8603 mm

gy

gx

LE B gy

LEE

A

A A gy

A

A

Fediv

lediv

F div eFLS

l mdiv eFSE ll

= = =

∆= = =

= ⋅ = ⋅ =

= =

∆ == ⋅ = ⋅ =

= =∆

Tensión de rotura:

36 82,8947 2984,2092 kpF F gyR d e= ⋅ = ⋅ =

La estricción no la podemos calcular porque no tomamos los datos en el laboratorio.

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Probeta plana máquina analógica:

0

0

100 mm80 mm

1,9 mm19,8 mm

37,62

LLebS e b

===== ⋅ =

Alargamiento:

0

0

104 80100 100 30%80

fl ll

ε− −

= = =

Tensión máxima:

max2

0

625 kp16,6135 mm37.62mFRS

= = =

Módulo elástico y de Young:

20

02

0

625 kp41,6667 div1511 41,6667 458,3333 kp

kp8,8605 mm

F 8 41,6667 333,333 kp

333,33337,62 kpE= 354,4211 mm2

80

gy

LE B gy

LEE

A A gy

A

A

Fediv

F div eFLS

div eFSl

l

= = =

= ⋅ = ⋅ =

= =

= ⋅ = ⋅ =

= =∆

Tensión de fractura:

13 41,6667 541,6667 kpF F gyR div e= ⋅ = ⋅ =

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Probeta plana máquina digital:

0

0

20 mm1,5 mm

L 80 mm1000 kp

F 1,228 tF 1,545 t

f

LE

C

be

T

====

==

Tensión máxima:

20

1,545 t0,0515 mm20 1,5C

TFRS

= = =⋅

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Límite elástico y módulo de Young:

20

02

0

1,545 t0,2146 div7,21,228 t0,0409 mm20 1,5

F 2,75 0,2146 0,5902 t15,873 t1,8896 mm8,4

0,590230 tE= 0,05206 mm1,8896 0.280

gy

LEE

A A gy

gx

A

gx A

FedivFLS

div ele

divFS

e dl

= = =

= = =⋅

= ⋅ = ⋅ =

∆= = =

= =⋅ ⋅

7 Pr

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