Ensayo de Traccion

Informe de Laboratorio deTecnología de Materiales Avanzado

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ENSAYO DE TRACCION

INTEGRANTES:

Tecnología de Materiales Avanzado

Mantenimiento de maquinaria de planta

Tercer Semestre

Arequipa-2012


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ENSAYO DE TRACCION

INTRODUCCIÓN:

En la mayoría de las ocasiones, los materiales metálicos se emplean con fines estructurales. Es decir, los componentes fabricados con metales deben responder de forma adecuada a determinadas situaciones mecánicas. La expresión de responder de forma adecuada puede entenderse en muy diferentes sentidos.

En múltiples aplicaciones el factor que limita la vida útil de un componente no es su fractura, si no que puede ser cierto grado de desgaste o el desarrollo de una grieta de cierto tamaño. El abanico de posibilidades se abre aun mas cuando se considera la naturaleza de las solicitaciones mecánicas que deben de ser soportadas. Éstas pueden ser constantes en el tiempo o variables, en este último caso, la velocidad de variación puede ser reducida o elevada, pueden actuar de forma localizada o distribuida en el material. Y, en este último caso, la distribución de esfuerzos puede ser uniforme o no.

Para determinar cuáles son las condiciones óptimas de trabajo en estos casos, es necesario conocer cuál es la relación entre los esfuerzos que se aplican y las deformaciones que se producen y cual es la máxima deformación que admite el material sin llegar a romper.

OBJETIVO:

Realizar e interpretar valores obtenidos en los ensayos de tracción

HERRAMIENTAS:

Maquina de ensayo de Materiales Zwick Roell (rango de aplicación de 0 a 50 kN)

MATERIALES:

Probetas de bronce

Probetas de aluminio

Probetas de cobre probetas de acero SAE 1020

FUNDAMENTO TEORICO:

Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectúan ensayos para medir su

comportamiento en distintas situaciones. El ensayo destructivo 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. Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento

de la mordaza móvil. Un esquema de la máquina de ensayo de tracción se muestra en la figura 1.


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Figura 1: Maquina de ensayo de tracción Zwick/Roell z050

Cuando la probeta se encuentra bajo un esfuerzo estático de tracción simple a medida que

aumenta la carga, se estudia esta en relación con las deformaciones que produce. Estos gráficos,

permiten deducir sus puntos y zonas características revisten gran importancia, dicho gráfico se

obtiene directamente de la máquina.


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Figura 2: Curva Fuerza - Deformación

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:

F=K (L−L0)

F: fuerza

K: cte del resorte

L: longitud bajo carga

L0: longitud inicial

Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material alcanza el punto de fluencia, desde aquí el

material comienza a adquirir una deformación permanente. A partir de este punto, si se quita la

carga la probeta quedaría más larga que al principio. Deja de ser válida nuestra fórmula F = K (L -

L0) y se define que ha comenzado la zona plástica del ensayo de tracción. El valor límite entre la

zona elástica y la zona plástica es el punto de fluencia (yield point) y la fuerza que lo produjo la

designamos como:

F = Fyp (yield point)


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Luego de la fluencia sigue una parte inestable, que depende de cada acero, para llegar a un

máximo en F = Fmáx. Entre F = Fyp y F = Fmáx la probeta se alarga en forma permanente y

repartida, a lo largo de toda su longitud. En F = Fmáx 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 subir. Al

adelgazarse la probeta la carga queda aplicada en menor área, provocando la ruptura.

La figura 3 muestra la forma de la probeta al inicio, al momento de llegar a la carga máxima y luego de la ruptura.

Figura 3:

Para expresar la resistencia en términos independientes del tamaño de la probeta, se dividen las

cargas por la sección transversal inicial Ao , obteniéndose:

Resistencia a la fluencia:

σ yp=F ypA0

Resistencia a la tracción:

σ ult=FmaxA0

Unidades: Kg/mm2 o Mpa o Kpsi


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Considerando una probeta cilíndrica

A0=π D0

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La figura 4 ilustra una probeta al inicio del ensayo indicando las medidas iniciales necesarias.

Figura 4:

Analizando las probetas después de rotas, es posible medir dos parámetros: El alargamiento final

Lf (Figura 5) y el diámetro final Df , que nos dará el área final Af .

Figura 5:

Estos parámetros se expresan como porcentaje de reducción de área %RA y porcentaje de

alargamiento entre marcas % ∆L:

%R A=A0−A tA0

∗100%ΔL=Lf−L0L0

∗100

Ambos parámetros son las medidas normalizadas que definen la ductilidad del material, que es la

capacidad para fluir, es decir, la capacidad para alcanzar grandes deformaciones sin romperse. La

fragilidad se define como la negación de la ductilidad. Un material poco dúctil es frágil. La Figura 6

permite visualizar estos dos conceptos gráficamente.


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Figura 6:

El área bajo la curva fuerza - desplazamiento (F versus D L) representa la energía disipada durante

el ensayo, es decir la cantidad de energía que la probeta alcanzó a resistir. A mayor energía, el

material es más tenaz.

A partir de los valores obtenidos en el gráfico Fuerza-Desplazamiento, se puede obtener la curva

Esfuerzo-Deformación σ - ε. El esfuerzo ε, que tiene unidades de fuerza partido por área, ha sido

definido anteriormente, la deformación unidimensional:

Figura 7:

En la zona elástica se cumple:

σ=E∗ε

E (Modulo de elasticidad)= 2.1 x 106 (kg/cm2)


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PROCEDIMIENTO:

Las probetas normalizadas pueden ser planas o cilíndricas para obtener resultados

comparables entre diferentes materiales, la forma y tamaño de las probetas esta unificado

Nosotros utilizamos las siguientes medidas para nuestras probetas. La especie de submedida

Dimensiones

mm.

G-longitud de calibre 25 + 0.1

W-ancho 6 + 0.1

L-longitud total 100

A- longitud de la sección reducida 32

Al finalizar el ensayo se presentan las siguientes roturas características


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1. El acero SAE 1020, rotura parcial de taza y cono, material dúctil.

2. El cobre, rotura de taza y cono, material dúctil.

3. El aluminio, rotura de estrella, material dúctil.

4. El bronce, rotura frágil.

Curva de ingeniería: Esfuerzo vs. Deformación unitaria

Primero hallamos el área inicial de cada probeta y la longitud inicial y completamos la

respectiva tabla

Ao=π do2

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Acero SAE 1020

Ao=π 8.82

4=60.82mm2

Cobre

Ao=π 62

4=28.27mm2

Bronce

Ao=π 62

4=28.27mm2

Aluminio

Ao=π 62

4=28.27mm2

MATERIAL Lo(mm) Do(mm) Ao(mm2)

SAE 1020 50 8.8 64.82

BRONCE 25 6 28.27

COBRE 25 6 28.27

ALUMINIO 25 6 28.27


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Pegamos los gráficos característicos de cada material

Acero SAE 1020

Bronce


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Cobre

Aluminio


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Completamos la respectiva tabla realizando los cálculos necesarios

Unidades Acero SAE

1020

Bronce Aluminio Cobre

Esfuerzo Máximo (N/mmσ 2) 567.27 465.09 225.85 323.04

Esfuerzo de rotura (N/mmσ 2) 375.77 464.82 113.48 187.77

Limite elástico (N/mmσ 2)

Deformación máxima % 15.90 8.93 12.69 15.40

Modulo de Young (N/mmσ 2) 35.6 52 17.79 21

Estricción %

Deformación

permanente al

esfuerzo máximo

(mm) 11.69 8.89 6.64 8.33

Alargamiento durante

la fluencia

(mm) 4 4.8 7 4.1

Modulo de Young

E=σε

Acero SAE 1020

E=σε=567.2715.90

=35.6

Bronce

E=σε=465.098.94

=52

Aluminio

E=σε=225.8512.69

=17.79

Cobre


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E=σε=323.0415.4

=21

INTERPRETACION DE LAS CURVAS CARACTERISTICAS

1. Cuantas veces más resiste el acero ensayado en comparación con el cobre y el aluminio

y que beneficios se puede obtener de esta observación.

El SAE 1020 resiste más que el aluminio. Por consiguiente el SAE 1020 muestra una zona

plástica la cual le permite absorber cierta cantidad de energía al choque.

2. Cuál es el metal ensayado que permite mayor trabajo plástico.

El SAE 1020 muestra una zona plástica más visible en comparación al aluminio y el

bronce.

3. Cuál de los materiales ensayados presentó un mayor valor en su módulo de Young?

El valor bibliográfico del modulo de Young para un SAE 1020 es de 220 GPa mucho mayor

que el aluminio que es de 73 GPa y que el bronce que es de 110 GPa.

4. Indique un ejemplo en el cual el modulo de elasticidad sea fundamental en la elección

de un material para fabricación de un elemento mecánico determinado.

En el caso que se desea construir un muelle, se selecciona el acero pues tiene mayor

modulo en comparación que el aluminio y el bronce; pero también tenemos que

seleccionar que el acero no sea frágil sino dúctil, capaz de absorber energía de choque y

además de mostrar cierta plasticidad para evitar la falla del muelle

5. Como se puede compensar la poca resistencia mecánica de un metal cuando tenga que

ser elegido obligatoriamente para un requerimiento determinado?

Una manera para mejorar las propiedades del material es a través de un tratamiento

térmico como es el temple, recocido y el revenido vistos en teoría.

TEST DE COMPROBACIÓN:

a) ¿Cuándo se dice que un material está sometido a un esfuerzo de tracción?

Cuando el material presenta un cambio de forma y separación, debido a la acción de

fuerzas externas, o cuando es sometido a cargas

b) ¿Qué es la fluencia?

Se habla de fluencia, cuando el material fluye por cuanto se va alargando sin que aumente

la carga. Su extensión comprende un límite inferior y un límite superior.

c) ¿Cómo se determina la fluencia en un material dúctil?


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El límite de fluencia está determinado por la siguiente ecuación:

σf= FAo

Un material es más dúctil cuanto más extendido es su diagrama de esfuerzo y

deformación.

d) ¿Cómo se determina la fluencia en un material duro?

El límite de fluencia para los materiales duros como es el caso de los aceros, que a medida

que va aumentando el contenido de carbono crece la resistencia; al mismo tiempo

disminuye la deformación. Se dice entonces que el producto va siendo menos dúctil y que

va ganando en fragilidad.

e) ¿Qué aspecto presenta la fractura en un material dúctil?

Si el material es suficientemente dúctil, la zona de la fractura presenta el aspecto típico

de un cráter, en donde se distinguen dos zonas perfectamente delimitadas; la primera

corresponde a una zona fibrosa que forma un anillo en bisel y la segundad a una zona

granular central plana y normal al eje de esfuerzo.

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f) Si en un determinado valor de fuerza P se detiene el ensayo de tracción y se quita las

fuerzas que lo tensionan: ¿Cómo se determina la longitud final de la probeta?

Cuando suspendemos por un momento el ensayo y luego continuamos ocurre que surgen

tensiones residuales que provocan que la probeta se rompa antes de lo previsto.

g) ¿Por qué en el ensayo de tracción se rompe una probeta con una carga inferior a la

máxima soportada, según el diagrama Esfuerzo – Deformación?

Esto no significa que desde el punto de vista estructural la capacidad de deformación

plástica del material no sea importante. Gran parte de la redistribución de las tensiones

que surgen por efecto de la hiperestaticidad, de que no siempre se tiene en cálculos, se

verifica a expensas de las deformaciones plásticas. De esa capacidad de deformación o

adaptación plástica depende de que no se produzca roturas indeseables en ciertas zonas

de las estructuras

h) ¿Qué indica el hecho de que un material tenga un porcentaje de estricción alto?

Cuanto más alto es el porcentaje de estricción del material; el material será más dúctil.

Por consiguiente en el caso del acero, que a medida que va siendo menos dúctil, este

alcanza al final una rotura netamente frágil y por ello es evidente que desaparece la

estricción.

CONCLUSIONES:


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Se concluye que conforme aumenta el porcentaje de carbono en los aceros, estos son

más frágiles.

El acero posee un modulo de Young mucho mayor que el aluminio y el bronce.

Si se aplica una carga constante pero di detenemos el ensayo y luego volvemos aplicar la

carga, sucede que el material se fractura antes de lo previsto El bronce es más dúctil que

el aluminio, y que el aluminio es más frágil que el acero.

BIBLIOGRAFIA:

http://html.rincondelvago.com/ensayo-de-traccion.html

http://www.v-espino.com/~tecnologia/tecnoII/1materiales/ENSAYO%20DE%20TRACCI%D3N.pdf

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