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UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARIA

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FISICAS Y FORMALES PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL CURSO: CIENCIAS E INGENIERIA DE MATERIALES TEMA: ensayo de tracción DOCENTE: FREDY PILCO CHAMBILLA ALUMNO: Paúl Manuel Alarcón Valencia AREQUIPA 2013

Ensayo de Tracción I.

INTRODUCCION

El ensayo de tracción sobre los materiales es universalmente conocido como el ensayo de ingeniería. Es sumamente importante ya que suministra las propiedades necesarias empleadas en el diseño. Es el ensayo más completo en cuanto a propiedades de los materiales se refiere y también es empleado para la verificación de especificaciones de aceptación y creación de nuevos tipos de materiales. Debido a la importancia del ensayo de tracción el mismo debe cumplir algunas condiciones que se detallarán mas adelante, de las cuales se mencionan: forma de la muestra de material, velocidad del ensayo, ambiente (temperatura, humedad), otras. Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el sentido de aplicación de la fuerza. En el caso del ensayo de tracción, la fuerza se aplica en dirección del eje de una probeta circular, por consiguiente se alargará en dirección de su longitud y se encogerá en menor proporción en el sentido transversal. Durante el ensayo se registra los valores de fuerza y correspondiente deformación, luego se obtiene a través de fórmulas los esfuerzos y deformaciones unitarias empleados en el trazado de la curva ingenieril. II.

OBJETIVOS Determinar las siguientes propiedades: resiliencia, rigidez, esfuerzo de fluencia, esfuerzo/ resistencia máxima, esfuerzo de fractura, ductilidad, tenacidad. Explicar el procedimiento técnico utilizado para determinar las propiedades mecánicas de cada material ensayado. Establecer las causas de fallas en servicio y determinar si algunos materiales pueden ser reemplazados por otro.

III.

RECURSOS Materiales. Probetas: Bronce Acero

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Ensayo de Tracción Equipos.

Equipo de tracción

Equipo de protección personal.

Mandil protector.

Otros.

Calibrador digital.

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Ensayo de Tracción

IV.

MARCO TEÓRICO Ensayo de Tracción

El ensayo de tracción' o ensayo a la tensión 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. 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, que cuantifica la proporcionalidad anterior. 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 o límite elástico aparente: 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. 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.

Normalmente, el límite de proporcionalidad no suele determinarse ya que carece de interés para los cálculos. Tampoco se calcula el Módulo de Young, ENSAYO DE TRACCION

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Ensayo de Tracción ya que éste es característico del material; así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes.

Curva Tensión-Deformación 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: 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 o cedencia. 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. 3. Deformaciones plásticas: 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 ENSAYO DE TRACCION

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Ensayo de Tracción 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 hasta el comienzo de la estricción) entre la sección inicial: cuando se produce la estricción la sección disminuye (y por tanto también la fuerza necesaria), disminución de sección 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. Otras características que pueden caracterizarse mediante el ensayo de tracción son la resiliencia y la tenacidad, que son, respectivamente, la energía elástica y total absorbida y que vienen representadas por el área comprendida bajo la curva tensión-deformación hasta el límite elástico en el primer caso y hasta la rotura en el segundo.

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Ensayo de Tracción V.

RESULTADOS

1. ACERO

Datos Iniciales Diámetro: 9.03 mm Área de la sección 64.02 transversal: mm2 Longitud de Marca: 90 mm

Datos Finales Diámetro: Área de la sección transversal: Longitud de Marca:

6.23 mm 30.45 mm2 110.24 mm

Tiempo hasta la rotura: 18.3 s

De acuerdo a los datos de la máquina obtuvimos la siguiente gráfica:

Tensión - Deformación Acero 600 500 400 300 200 100 0 0

50

100

150 Tensión

200

250

300

350

Deformacion

Pendiente zona1: 8194.32995

Nota: Resulta necesario aclarar que ciertos datos tuvieron que ser eliminados debido a que en ese momento la probeta se estaba acomodando y la máquina lo tomaba como deformación de la probeta.

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Entonces tenemos que: %D = %Rs = Por los datos de la práctica tenemos que: Tensión máxima: 514.37 MPa

2. BRONCE

Datos Iniciales Diámetro: 9.55 mm Área de la sección 71.53 transversal: mm2 Longitud de Marca: 88 mm

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Datos Finales Diámetro: Área de la sección transversal: Longitud de Marca:

9.02 mm 64.34 mm2 91.15 mm

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Ensayo de Tracción Tiempo hasta la rotura: 7.9 s De acuerdo a los datos de la máquina obtuvimos la siguiente gráfica:

Tensión-Deformación Bronce 450 400 350 300 250 200 150 100 50 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 101 105 109 113

0

Tensión

Deformacion

Pendiente zona1: 65.8035034

Tenemos que: %D =

= 3.6 %

%Rs =

10.2 %

Por los datos obtenidos en la práctica tenemos: Tensión Máxima: 405.43 Mpa

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Ensayo de Tracción VI.

ACTIVIDADES ENCARGADAS GLORARIO 

Elasticidad. Propiedad de los cuerpos deformados de recuperar su posición inicial, una vez desaparecida la fuerza deformante. Es la capacidad de un cuerpo deformado de devolver el trabajo de deformación



Cedencia. Es la deformación irrecuperable de la probeta, a partir de la cual sólo se recuperará la parte de su deformación correspondiente a la deformación elástica, quedando una deformación irreversible. Este fenómeno se sitúa justo encima del límite elástico, y se produce un alargamiento muy rápido sin que varíe la tensión aplicada.



Estricción. Adelgazamiento limitado a un área de una barra metálica sometida a grandes esfuerzos de tracción, justo antes de romperse en ese punto si se hubiera continuado estirándola.



Propiedades mecánicas del material. Nos permiten diferenciar un material de otro ya sea por su composición, estructura o comportamiento ante algún efecto físico o químico, estas propiedades son usadas en dichos materiales de acuerdo a algunas necesidades creadas a medida que ha pasado la historia, dependiendo de los gustos y propiamente de aquella necesidad en donde se enfoca en el material para que este solucione a cabalidad la exigencia creada.



Resistencia. Es la oposición a la rotura. Cuando se le aplican dos o más fuerzas a un material, éste presenta una fuerza opositora que hará todo lo posible para soportar cargas de diseño sin romperse.

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CUESTIONARIO FINAL

1. ¿Qué comportamiento muestra un material en el diagrama esfuerzo deformación, por debajo del límite de elasticidad La zona elástica es la parte donde al retirar la carga el material regresa a su forma y tamaño inicial, en casi toda la zona se presenta una relación lineal entre la tensión y la deformación y tiene aplicación la ley de Hooke. La pendiente en este tramo es el módulo de Young del material. El punto donde la relación deja de ser lineal se llama límite proporcional. El valor de la tensión en donde termina la zona elástica, se llama límite elástico, y a menudo coincide con el límite proporcional en el caso del acero.

2. ¿Qué comportamiento muestra un material en el diagrama esfuerzo deformación, por encima del punto de cedencia? Es la región en la que el material se vuelve perfectamente plástico, lo que significa que puede deformarse sin un incremento en la carga aplicada. Después de sufrir las grandes deformaciones que se presentan durante la fluencia o cedencia en la región el material empieza a mostrar un endurecimiento por deformación. Durante este proceso, el material sufre cambios en sus estructuras cristalina y atómica, lo que origina un incremento en la resistencia del material a futuras deformaciones. 3. Describir un ensayo de tracción a la vista de un diagrama tensión alargamiento.

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Ensayo de Tracción Al incrementar la carga más allá del límite de proporcionalidad, la deformación empieza a aumentar más rápidamente para cada incremento en esfuerzo. La curva de esfuerzo deformación asume luego una pendiente cada vez más pequeña, hasta que el punto B de la curva se vuelve horizontal. A partir de este punto se presenta un alargamiento considerable, con un incremento prácticamente inapreciable en la fuerza de tensión (desde B hasta C en el diagrama). 4. ¿Cómo se calcula la resistencia a la tracción de un material, partiendo del resultado del ensayo de tracción? La resistencia se calcula dividiendo la carga máxima resistida por la probeta entre la sección inicial de la probeta.

5. ¿Cuáles son la resistencia máxima, la resistencia a la cedencia y el porcentaje de alargamiento del acero AISI 1040 laminado en caliente? ¿Es un material dúctil o frágil? El acero 1040 soportará 90.000 libras (40823,31 kg) de fuerza por pulgada (2,54 cm) cuadrada antes de que falle, si se trata de laminado en caliente, Esta fuerza se reduce a 85.500 psi cuando el acero se ha normalizado, o a regresado a lo más similar posible al estado en que se encontraba cuando se produjo. La resistencia a la tracción disminuye aún más, a 72.250, cuando se ha recocido, o llevada a su punto más suave mientras se enfría. El acero 1040 puede ser deformada a poco menos del 28 por ciento de sus dimensiones originales, con un 54,9 por ciento de reducción en el área, de acuerdo con MatWeb. Debido a estas características podemos afirmar que el acero AISI 1040 es un material dúctil. 6. ¿Cuál tiene mayor ductibilidad el acero AISI 1040 laminado en caliente o el acero AISI 1020 laminado en caliente? El que es más dúctil es el AISI 1020 debido a que tiene mayor porcentaje de alargamiento en relación al AISI 1040

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Ensayo de Tracción VII.

CONCLUSIONES  La deformación elástica obedece a la Ley de Hooke La constante de proporcionalidad E llamada módulo de elasticidad o de Young, representa la pendiente del segmento lineal de la gráfica Esfuerzo - Deformación, y puede ser interpretado como la rigidez, o sea, la resistencia del material a la deformación elástica. En la deformación plástica la Ley de Hooke deja de tener validez.  El diámetro de la barra afecta aumenta la resistencia a la tracción. la energía de la fractura aumenta con el aumento de temperatura o con la disminución de velocidad de carga, sugiriendo que el material experimenta una transición de frágil a dúctil.  Los resultados obtenidos en la determinación de propiedades mecánicas del material en un ensayo de tracción específico o individual dependen de los tratamientos térmicos a los que se haya sometido el material, las manipulaciones mecánicas que hubiera sufrido, la razón o velocidad de deformación a la que se efectúa el ensayo, la que a su ves dependerá de la velocidad de aplicación de las cargas, la geometría de la probeta, las características de la máquina de ensayo y el sistema de mordaza y el trabajo en frío con producción de acritud sobre la probeta, puede alterar o destruir el fenómeno de fluencia.  Se realizó un ensayo de tracción sobre una probeta de distintos materiales 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.

VIII.

Recomendaciones Los datos obtenidos de límite elástico en las dos probetas es aproximado debido a que el software controla una recta aproximada a la recta de la zona de cada gráfica. Se recomienda tomar precauciones durante la realización del ensayo, ya que las cargas utilizadas son relativamente altas con respecto a los materiales de ensayo

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IX.

Referencias Web  http://es.scribd.com/doc/106864690/Manual-Curvas-EsfuerzoDeformacion  http://www.monografias.com/trabajos72/diagrama-esfuerzodeformacion/diagrama-esfuerzodeformacion2.shtml#ixzz2WjZv2RwT  http://www.buenastareas.com/ensayos/Ensayo-DeTraccion/3947701.html  http://www.pdfgratis.org/viewpdf.ph  http://es.wikipedia.org/wiki/

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