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• Mauricio Frisancho

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PRUEBA DE ENSAYO DE TRACCIÓN (MAQUINA DIGITAL) DE DIFERENTES MATERIALES 1. Objetivos:    

Analizar el comportamiento de loa materiales al ser sometidos a un esfuerzo de tensión uniáxica. Reconocer y determinar de manera práctica las distintas propiedades mecánicas de los materiales sometidos a esfuerzo de tensión. Reconocer y diferencias la zona elástica de la zona plástica de los materiales. Construir e interpretar las gráficas ingenieriles y reales obtenidas a partir del ensayo de tracción.

2. Marco Teórico: Muchos materiales cuando están en servicio están sujetos a fuerzas o cargas. En tales condicione conocer las características del material para diseñar el instrumento donde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean excesivos y el material no se fracture. El comportamiento mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada. Este ensayo modifica la forma de la probeta preparada que es sometida a una carga (estática) hasta que ocurre la fractura. En un ensayo de tensión simple, la operación se realiza sujetando los extremos opuestos de la pieza de material y separándolos. En un ensayo de tensión, la probeta se alarga en una dirección paralela a la carga aplicada. Dentro de los límites de lo práctico resultante de la carga se hace coincidiendo con el eje longitudinal de la probeta Las propiedades mecánicas de los materiales indican el comportamiento de un material cuando se encuentra sometido a fuerzas exteriores, como por ejemplo un estiramiento del material por una fuerza externa a él. El ensayo de tracción es probablemente el tipo

de ensayo más fundamental de todas las pruebas mecánicas que se puede realizar en un material. Los ensayos de tracción son simples, relativamente baratos, y totalmente estandarizados (normalizados). En este ensayo se somete al material a una fuerza de tracción, es decir, se le aplica una fuerza o varias fuerzas externas que van a tratar de estirar el material. De hecho durante el ensayo lo estiraremos haciendo cada vez más fuerza sobre él hasta llegar a su rotura. Como ves es un ensayo Esfuerzo-Deformación.

Estirando el material, podemos determinar rápidamente cómo el material va a reaccionar ante las fuerzas que se le aplican y que tratan de estirarlo. A medida que estiramos el material, iremos viendo la fuerza que hacemos en cada momento y la cantidad que se estira el material (alargamiento). Lógicamente Los ensayos de tracción se realizan con los materiales dúctiles, con un cierto grado de plasticidad, tales como los materiales metálicos ferrosos y no ferrosos, plásticos, gomas, fibras, etc. Recuerda: Dúctil es un material que se puede convertir en cables o hilos, por lo que tiene capacidad para estirarse. Lo contrario a dúctil es frágil. Un material que tiene plasticidad es un material que tiene la capacidad de deformarse ante fuerzas externas antes de llegar a romperse. Si el material no tuviera plasticidad no se deformaría antes de romperse. Los datos obtenidos en los ensayos de tracción se pueden utilizar para comparar distintos materiales y comprobar si algunos de ellos podrá resistir los esfuerzos a los que va a estar sometido cuando es utilizado en una determinada aplicación, por ejemplo un metal en un puente, un ladrillo en una vivienda, una viga, etc.

 Máquina de Tracción: Máquina que ejerce un esfuerzo axial a la probeta, la cual es partida en 2 partes (no necesariamente equidistantes). La máquina de ensayo de tensión (máquina universal) cuenta con un marco en el cual se encuentran dos mordazas: una fija y una móvil. La mordaza móvil, por lo general, se mueve mediante un tornillo sin fin o un mecanismo hidráulico.

Como datos de entrada requiere la longitud calibrada y el área de sección transversal de la probeta para posteriormente generar la gráfica esfuerzo-deformación. La máquina universal de ensayos trae incluido un software que permite graficar la evolución del material a lo largo del ensayo, obteniendo gráficas que permiten obtener información útil para el diseño y selección de materiales para diversos procesos de fabricación.

 Probetas: Para estos ensayos se utilizan trozos de material llamados "probetas" o "muestras". Una probeta del material es un trozo de material con dimensiones normalizadas para realizar ensayos, como el de tracción. Estas dimensiones normalizadas son la longitud de la probeta y el área de su sección transversal. Ojo no confundir con una probeta de laboratorio de física o química que sirven para medir volúmenes.

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 ella y por eso se denomina axial. La probeta se alargará en dirección de su longitud y se encogerá en el sentido o plano perpendicular. Según vamos aplicando cada vez más fuerza sobre la probeta, la probeta llegará un momento que empezará a estirarse, disminuyendo su sección y aumentando su longitud. Seguiremos aplicando cada vez más fuerza externa hasta que llegue un momento que la probeta rompe. Este momento se llama el momento de la fractura. Por este motivo se dice que el ensayo de tracción es un ensayo destructivo, la pieza se rompe y ya no sirve. Durante el ensayo vamos anotando los datos de fuerza (también llamada carga) y estiramiento de la probeta. Con los datos obtenidos en el ensayo podemos hacer una gráfica llamada "Curva de Tensión-Alargamiento". Por tensión se entiende la fuerza aplicada a la probeta en cada momento, pero OJO por unidad de sección. La unidad de tensión en el SI (sistema internacional) es el Newton/metro cuadrado, aunque a veces por ser prácticos se expresa en Kg/mm2 (milímetros cuadrados). Una vez finalizado el ensayo, la muestra de ensayo rota se recoge para medir la longitud final y se compara con la longitud original o inicial para obtener la elongación. Se calcula con la siguiente fórmula:

La medida de la sección transversal original también se compara con la sección transversal final para obtener la reducción del área.

Finalmente, cuando se hagan las gráficas, se tendrá un resultado parecido a este:

3. Parte Experimental: 3.1.

Materiales y/o Equipos:    

3.2.

Probetas de aluminio, bronce, acero inoxidable, acero astm-615 Maquina Universal o de Tracción Vernier calibrado Lapicero y Corrector

Procedimiento:

 Preparación de Probeta: Previo a la realización del ensayo se procedió a la preparación de la probeta. A continuación, se detallan los pasos que se siguió para dicho proceso: o Se inició con un proceso de torneado para dar la forma de la probeta (Según Norma ASTM-E8) para facilitar el ingreso en las mordazas de la maquina universal. o Luego por medio del Vernier calibrado se procedió a medir la longitud de la Probeta, para luego ir marcando tres puntos (Tolerancia).

o Haciendo también uso del Vernier el diámetro inicial de la probeta.

calibrado

se midió

 Preparación de la Maquinaria o Equipo: Habiendo ya realizado las respectivas mediciones de la probeta de aluminio y de los otros materiales, se procedió a la preparación de la máquina y accesorios con los cuales se llevaría a cabo el ensayo, realizando los siguientes pasos:

 Montaje de Probetas y accesorios: Luego de la preparación de la maquinaria se procedió al montaje de la barra de aluminio (probeta) en la maquina universal. De la forma siguiente: o Se colocó la probeta (con el extensómetro previamente colocado en ella) en la base fija (superior) donde se encuentran las mordazas y se hizo ascender la base móvil completa en la que se encuentran las mordazas que sujetan la probeta en la parte inferior. Lo anterior se hizo oprimiendo un botón que ejecuta esa función ubicado en el tablero de la máquina universal. o Habiendo ya colocado la Pobreta se procedió a apretar las mordazas que sujetarían la Probeta haciendo uso de una llave especial que se acopla exteriormente a los pernos de fijación ubicados en cada base.

Una vez realizados dichos procesos se determinó las funciones que cada miembro del equipo de trabajo habría de ejecutar. Una vez establecido esto, se procedió a la Realización del Ensayo de Tracción.  Descripción del Proceso Realización del Ensayo:

de

o Habiendo colocado la probeta en la posición requerida se procedió a apretar las mordazas que sujetarían la probeta haciendo uso de una llave especial que se acopla exteriormente a los pernos de fijación ubicados en cada base. o A continuación, se procedió a la toma de datos.

4. Resultados: NOTA: (Como en todos los ensayos de tracción realizado en cada material, los datos obtenidos son demasiados en su defecto se pondrán una parte de ellos)

 Probeta N°1: Aluminio     

Tabla Datos del de

DIAMETRO: 8mm DIAMETRO FINAL: 3.7 mm L=50.4mm Lo=33.6 Área=3.14*(8*8)/4 = 50.2 Deformación= 50.4-33.6/50.4 = 0.5

N°1. obtenidos Ensayo Aluminio

GRAFICA DEL MATERIAL DE ALUMINIO

AHORA VEREMOS DEL MISMO MATERIAL, PERO ESFUERZO Y DESPLAZAMIENTO VEREMOS ALGUNOS DATOS OBTENIDOS Y EL MODULO DE YOUNG

:ESFUERZO=DEFORMACIÓN* MODULO DE YOUNG

     

PROBETA N°2: BRONCE

DIAMETRO: 8mm DIAMETRO FINAL : 7.6 mm L=49.8mm Lo=33.3 Área=3.14*(8*8)/4 = 50.2 Deformación= 49.8-33.3/49.8 = 0.49

TABLA N°2 : DATOS OBTENIDOS DEL MATERIAL BRONCE

GRAFICAS:

AHORA VEREMOS DATOS OBTENIDOS DE ESFUERZO EN MPASCALES Y EL MODULO DE YOUNG

AHORA SUS RESPECTIVAS GRAFICAS:

PROBETA N°3: ACERO INOXIDABLE     

DIAMETRO: 8mm DIAMETRO FINAL : 7.4 mm L=50mm Lo=33.3mm Área=3.14*(8*8)/4 = 50.2 Deformación= 50-33.3/50 = 0.501

TABLA N°3: INOXIDABLE

GRAFICA N°3:

AHORA VEREMOS DATOS OBTENIDOS DE ESFUERZO Y EL MODULO DE YOUNG

GRAFICAS OBTENIDOS: INOXIDABLE

PROBETA N°4: ACERO 1X HUBO ERROR     

DIAMETRO: 8mm Y DIAMETRO FINAL : 7.4 mm L=50mm Lo=33.3mm Área=3.14*(8*8)/4 = 50.2 Deformación= 50-33.3/50 = 0.501

TABLA N°4: DATOS OBTENIDOS

AHORA VEREMOS DATOS OBTENIDOS APLICANCO FORMULA DE ESFUERZO :

SUS RESPECTIVAS GRAFICAS:

PROBETA N°5: ACERO ASTM 615     

DIAMETRO: 8mm Y DIAMETRO FINAL : 5.9 mm L=52.3mm Lo=35mm Área=3.14*(8*8)/4 = 50.2 Deformación= 52.3-35/50 = 0.494

TABLA N°5 : DATOS OBTENIDOS

GRAFICA N°5 : FUERZA(KN) Y DESPLAZAMIENTO(mm)

AHORA VEREMOS DATOS OBTENIDOS CON LA FORMULA DEL ESFUERZO= FUERZA/AREA

SUS GRAFICAS RESPECTIVAS:

GRAFICA EN GENERAL DE TODOS LOS MATERIALES

5. Conclusiones:  Se realizó con éxito el Grafico Tensión-Deformación en donde se pudo ver las distintas zonas antes mencionadas.  Gracias al Grafico realizado se pudo deducir y obtener distintas Propiedades como Límite Elástico, etc.  Se estudió y analizo con éxito el comportamiento de los materiales  Finalmente se vio que en los 5 materiales que vimos el acero 1x que fue la probeta 4 vimos un error en la grafica que no se ajusto en la maquina de ensayo bien y en la pantalla tampoco no se puso los datos bien exactos y por eso hubo error.  6. Referencias Bibliográficas: [1]https://www.ucursos.cl/ingenieria/2007/1/CI34A/1/material...id_material [2]Askeland, D. R. (2004). Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Thomson. [3] https://www.areatecnologia.com/materiales/ensayo-de-traccion.html [4]http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/49 13/html/11_ensayo_de_traccin.html