ENSAYO DE TRACCIÓN

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MNISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA U.N.E.F.A.  NUCLEO MARACAY

LABORATORIO DE ELEMENTO DE CIENCIAS DE LOS MATERIALES PRÁCTICA Nº 2

ENSAYO DE TRACCIÓN

INGENIERIA AERONÁUTICA

Maracay, junio de 2010

ENSAYO DE TRACCIÓN

1.- INTRODUCCIÓN En esencia, consiste en someter una pieza de forma determinada llamada  probeta, a fuerza o cargas axiales gradualmente crecientes, de manera que la probeta alargue hasta llegar a su rotura. Se miden las fuerzas aplicadas y las deformaciones  producidas y estudiando los resultados de estas mediciones, se determinan una serie de características importantes del metal. Los resultado obtenidos solo sirven de base para cálculos cuando las fuerzas a que están sometidas las piezas se traducen en tensiones normales a las secciones transversales, es decir, en las solicitaciones de tracción, flexión y compresión puras. Las fuerzas se aplican durante el ensayo con la suficiente lentitud para que se pueda considerar que durante el mismo, el material se somete a cargas estáticas y por ello, los resultados solo serán aplicables, teóricamente, a construcciones o piezas sometidas a este tipo de cargas. En la práctica los resultados del ensayo se utilizan muy frecuentemente para caso de cargas no perfectamente estáticas o cuando las cargas dinámicas reales son muy  pequeñas o no pueden definirse con precisión. En estos casos se recurre al artificio de utilizar un coeficiente de seguridad que se considere lo suficientemente grande. En el ensayo es evidente que tiene influencia la forma de la probeta, pues para una misma fuerza aplicada y un mismo material se alargará más una probeta de menor  sección que otra más gruesa o más larga. Con objeto de independizar en lo posible los resultados de la forma de la probeta y llegar a un valor realmente significativo para el material y no para cada pieza particular, hay que establecer una relación entre la fuerza y la unidad de sección y entre la deformación y la unidad de longitud, obteniéndose características unitarias que pueden aplicarse a piezas muy diferentes. A las cargas unitarias se les puede llamar esfuerzos o tensiones y a las deformaciones unitarias, alargamientos.

En cada momento del ensayo la carga unitaria real se obtendrá, dividiendo la carga o fuerza total por la sección real de la probeta en ese momento; hay que tener en cuenta que, puesto, que la probeta alarga, debe disminuir de sección para mantener el volumen. En los ensayos reales y mientras no se presente una disminución de sección importante, se desprecia la variación de sección y las cargas unitarias se obtienen dividiendo la carga o la fuerza total por la sección inicial de la probeta. Esta aproximación es aceptable pues en primer lugar, da cargas unitarias menores a la verdadera y además, debe considerarse que el trabajo real, las piezas solo se somete a cargas que produzcan deformaciones muy pequeñas que el ensayo corresponden a una disminución de la sección de la probeta despreciable. Sin embargo, cuando haya una deformación importante en la probeta hay que tener en cuenta las secciones y longitudes reales de las mismas, para determinar en cada momento, las cargas unitarias y alargamientos verdaderos. El ensayo de Tracción convencional o tecnológico se emplea ampliamente para obtener una información básica sobre la resistencia mecánica de los materiales. En el ensayo de tracción se somete la probeta a una fuerza de tracción uniaxial, que va aumentando en forma progresiva, y se van midiendo simultáneamente los correspondiente alargamientos. Con los datos de cargas y alargamientos obtenidos se construye una curva tensiones deformaciones como se muestra en la figura siguiente.

Diagrama Esfuerzo-Deformación

En el diagrama esfuerzo-deformación se encuentra: Zona Elástica.

Es donde existe una proporcionalidad entre la tensión y la

deformación y si se deja de aplicar una fuerza a la probeta, esta regresa a su longitud inicial. Zona Plástica. Es la región donde las

deformaciones son permanentes.

Límite de proporcionalidad (punto P).

Es el último punto dentro del diagrama

   , en el cual se cumple la ley de proporcionalidad anunciada por el ingles

Hooke, que dice: los alargamientos crecen proporcionalmente a los esfuerzos aplicados. Límite Elástico convencional (punto E).

Es la tensión a la cual el material no

recupera totalmente su forma original al ser descargado, y en vista de la dificultad que existe para su identificación, se ha adoptado internacionalmente como límite elástico. El valor de la tensión interceptado al trazar una línea  paralela a la línea recta de proporcionalidad que parte desde el 0,2 % (0,002) de la deformación obtenida en el eje de las abscisas. Módulo de elasticidad (E).

Dentro de la zona elástica se puede observar la

 parte rectilínea. La pendiente de la recta es la relación entre la tensión y la deformación y se llama módulo de elasticidad. Límite de Fluencia (Fs y Fi). Cuando la carga externa supera el límite elástico,

las deformaciones pasan a ser permanentes, iniciándose la fluencia del material. El punto de fluencia es aquel en el que aparece un considerable alargamiento o fluencia del material sin el correspondiente aumento de carga que, incluso,  puede disminuir mientras dura la afluencia. Resistencia Máxima a la Tracción (punto M).

Es la máxima tensión de

tracción soportada por un material durante el ensayo. Resistencia a la Rotura (punto R).

momento de su rotura.

Es la tensión que soporta un material en el

MÁQUINA DE TRACCIÓN Consiste generalmente en un dispositivo mecánico o hidráulico que produce el desplazamiento relativo de las mordazas que sujetan la probeta, de forma que aquellas ejerzan una tracción axial creciente sobre la misma. La probeta empieza a alargar y la máquina dispone de indicadores de la carga total que ejerce sobre la probeta y de la deformación que produce en la misma. En el laboratorio contamos con una máquina de tracción marca TENSOMETER  MONSANTO, en la cual la carga máxima que se puede aplicar con la máquina es de 2000 Kgf. (Anexo Fig. 1)

PROBETAS. Las probetas que se utilizan en el ensayo son cilíndricas o prismáticas. Las cilíndricas se prefieren de materiales forjados, fundidos, barras, planchas de gran espesor, etc. Para planchas y perfiles de espesores normales o pequeños se prefieren las  probetas prismáticas, pues en ellas se pueden respetar las caras de laminación que tampoco se eliminan normalmente, para las construcciones en que intervienen esos elementos. Generalmente consta de una parte central calibrada que termina por sus extremos en dos ensanchamientos o cabezas, por donde la probeta es sujetada por las mordazas de la máquina de tracción que se utilice en el ensayo. El objetivo de las cabezas no es solo facilitar la sujeción por las mordazas sino, fundamentalmente obligar, por ser la sección de las cabezas, que la rotura se produzca por la zona calibrada.

2.- OBJETIVO DE LA PRÁCTICA. Investigar el comportamiento a la tracción de una probeta metálica hasta su rotura y determinar las siguientes características mecánicas del material: Límite de fluencia:

 (N/mm2)

(Yield Point)

Resistencia máxima:  (N/mm2) (Ultimate Tensile Strength) (N/mm2)

Esfuerzo de rotura:



Deformación:



(%)

Reducción de área:



(%)

Módulo de elasticidad: E (N/mm2)

3.- NOMENCLATURA Y CALCULOS 

   =







 

;





;

 

E=

  ;

 

 

 

   



= Máxima fuerza medida (N)



= Carga de Fluencia

(N)

Lo

= Longitud inicial

(mm)

Lf

= Longitud final

(mm)

Ao

= Área inicial

(mm2)

Af

= Área final

(mm2)



= Resistencia máxima

(N/mm2)



= Límite de fluencia

(N/mm2)



= Esfuerzo de rotura

(N/mm2)



= Deformación total

(N/mm2)



= Reducción de área = Estricción (%)

 

E

= Módulo de elasticidad

(N/mm 2)

4.- EQUIPO. Máquina de ensayo de tracción TENSOMETER Monsanto. Anexo figura 1

5.- MATERIALES Tres (3) probetas cilíndricas de Aluminio, Latón y Acero 1020. Para poder  realizar el ensayo en la máquina que tenemos en el laboratorio, las probetas deben de tener las dimensiones que se muestra en el anexo figura 2.

6.- PROCEDIMIENTO Mida el diámetro y la longitud inicial de la probeta. Monte la probeta en las mordazas de la máquina. Coloque la regla graduada y la contra pesa de acuerdo al material a utilizar  (Para el acero 2000 Kg, Latón 1000 Kg y Aluminio 500 Kg). Ajuste la columna de mercurio de tal manera que la punta coincida con la división 0 de la regla graduada. Coloque el papel de registro en el tambor de la Unidad de Registro Automático. Encienda la resistencia para que pueda realizar la grafica sobre el papel de registro colocado en la Unidad de Registro Automático. Coloque el selector de encendido del motor de la máquina en FORWARD. Siga la gota de mercurio y anote el valor de la carga máxima y el valor de la carga en el momento que rompa la probeta. Repita los pasos anteriores con cada una de las probetas. Construya la curva Fuerza vs Alargamiento. Construya la curva Esfuerzo vs Deformación.

Fig. 1 Máquina de Tracción

Fig. 2 Probeta

Realizado por: Ing. Alberto J. Mier y Terán Hurtado