Ensayo de Tracción

 

ENSAYO DE TRACCIÓN

LINA BOLIVAR ROJAS 201711 201711735 735 MARÍA JOSÉ CARRILLO SOLER 20182095 2018209588 CRISTIAN DAVID HERNANDEZ CARDENAS 201820019

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIAS FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA METALÚRGICA TUNJA 2021

 

 TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 4  MARCO TEÓRICO ................................................................................................................ 5  Puntos críticos  ......................................................................................................... .................................................. ........................................................... ...... 6  Region Re giones es del d iagrama E-D ......................................................................................... ............................................... .......................................... 6   Zonas importantes del diagrama esfuerzo deformación  ......................................... ......................................... 7  La ley de Hook ............................................................................................................... 8  El módulo de Young  ...................................................................................................... ................................................... ................................................. 8  

CUESTIONARIO .................................................................................................................... 9  CONCLUSIONES ................................................................................................................ 17  REFERENCIAS ...................................................................................................... .................................................. .................................................................. .............. 18 

 

 

TABLA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Diagrama Diagrama de tensión-defo tensión-deformación. rmación. ................................................ 11 Ilustración 2. Curva esfuerzoesfuerzo-deformaci deformación. ón. ......................................................... 12 Ilustración 3. Grafica para límite elástico............................................................. 14 Ilustración 4. Grafica para punto de fluencia. ...................................................... 15 Ilustración 5. Fracturación Fracturación de una probeta .......................................................... 16

 

  INTRODUCCIÓN

A lo largo de la historia, el hombre ha sido ambicioso, y en sus diferentes procesos de desarrollo se ha visto en la necesidad de trabajar con metales, creando aleaciones metálicas ya sean para uso de lujos, utilidades, máquinas o construcciones. En el trabajo con metales para estudios de estructuras, estos están sujetos a cargas de tensión y de compresión, por este motivo se estudia el comportamiento de estos materiales al estar sometidos a estas cargas para poder diseñar instrumentos de forma tal que el material no se fracture ante estas ya que de esto depende la seguridad de muchas personas, por esta razón es de suprema importancia este estudio.

El estudio de las propiedades mecánicas de los materiales es una actividad que se lleva a cabo desde que se están aprovechando los recursos, es importante entender sus características y sobre todo la resistencia mecánica de estos materiales para evitar cualquier tipo de problemática asociado al uso de estos, este es el motivo por el cual se hacen los ensayos de tracción en laboratorio con probetas metálicas y poder obtener resultados de sus reacciones ante cargas axiales, para así obtener un análisis de la curva esfuerzo vs deformación que se forma al someterlo a estar cargas.

 

MARCO TEÓRICO 

El ensayo de tracción es un ensayo de suma importancia para conocer las propiedades mecánicas del material a trabajar, este consiste en aplicar un esfuerzo axial a una probeta hasta alcanzar su rotura, la velocidad de deformación del material debe ser baja para evitar distorsión en los resultados obtenidos.   El ensayo de tracción se realiza a temperatura ambiente entre los 10 y los 35 °c, a temperaturas superiores superior es incluso por encima de los 1000°y de igual forma se pueden realizar a bajas temperaturas.   Los datos obtenidos mediante el ensayo son recopilados en una curva en la que en la ordenada ira el esfuerzo y en la abscisa se encontrará la deformación del material, a esta curva se le denomina curva de esfuerzo deformación y es la que nos aporta todas las características que tendrá el material. 

La figura indica todas regiones, zonas y esfuerzos que se pueden obtener mediante la curva y de igual manera mediante estos poder clasificar los materiales dependiendo su deformación como en materiales dúctiles o frágiles.  

 

El diagrama presenta varios puntos y regiones que representan un estado del material en cuestión. Puntos críticos Límite de proporcionalidad 

Cuando un material es sometido a un esfuerzo de tracción, al principio trata de oponerse a la deformación y recobrar su forma original mientras la fuerza no exceda su límite de proporcionalidad.   Este es el punto en el que el material está al límite de ser elástico, si el esfuerzo que experimenta se excede, el material aún puede comportarse elásticamente pero ya no recobrar su forma original.   

Límite de elasticidad 

Después del límite de proporcionalidad un material experimenta una deformación aún elástica, esto significa que todavía trata de resistir al esfuerzo y recuperar su forma; sin embargo este es un punto bastante cercano al punto de fluencia. Punto de fluencia 

El punto de fluencia es aquella en el cual, el material deja su propiedad elástica; el esfuerzo ha superado su capacidad y desde este punto en adelante el material se comportará como un material plástico, es decir, ya no trata de recuperar su forma original. Esfuerzo máximo o último 

Llamado también esfuerzo último, en este punto el material a alcanzado su capacidad máxima de resistir al esfuerzo que actúa sobre ella, si la fuerza sigue actuando, entonces a partir de ahora el material colapsará hasta llegar al esfuerzo de rotura. Esfuerzo de rotura



También conocida como el esfuerzo de fractura; este punto es aquella en la que el material sometido al esfuerzo llega a fracturarse de forma permanente. Regio Re gio nes del diagrama E-D

En el diagrama esfuerzo deformación, existen dos regiones importantes que representan las propiedades que experimenta un material cuando está sometido a esfuerzos; las cuales son: la región elástica y la región plástica.

 

Región elástica

Esta región comprende desde la inicio hasta el punto límite de elasticidad, en esta región el material presenta un comportamiento plástico, con mayor intensidad entre el punto inicial y el límite de proporcionalidad.  Cabe destacar que entre el punto inicial y el punto límite de proporcionalidad se cumple la ley de HOOK que establece que la fuerza de tracción es directamente proporcional a la deformación. Región plástica

Esta región empieza desde que el material llega al punto de fluencia, pasando por el punto de esfuerzo máximo hasta el punto en que se fractura el material. En esta región el material sufre una deformación permanente. Zonas importantes del di agra agrama ma esfuerzo esfuerzo d eforma eformación ción

Desde que un material empieza a experimentar un esfuerzo sobre ella hasta que llega a fracturarse, podemos identificar varias zonas críticas: Zona elástica

 Es la zona que anteriormente ya mencionamos, en la que el material se comporta elásticamente. Zona de cedencia

Esta zona se presenta justo después al punto de fluencia, en esta zona el material experimenta una deformación permanente plástica con un esfuerzo constante, hasta llegar a un punto en el que para seguir deformando al material requerirá un aumento en la intensidad del esfuerzo que lo deforma. Zona de endurecimiento 

Esta zona se presenta después de que el material haya experimentado una deformación con esfuerzo constante; un cedencia; punto endesde el que aumentar el esfuerzo para sacarla de la llega zona de queessenecesario aumenta esfuerzo, el material experimenta una deformación y al mismo tiempo experimenta un endurecimiento, es decir aumenta su grado de dureza hasta llegar al punto de esfuerzo máximo. Zona de estricción 

La zona de estricción comprende compren de desde el punto de esfuerzo máximo hasta el punto de esfuerzo de rotura. En esta zona el material no puede soportar ni un esfuerzo constante, solo decreciente; el material empieza a formar un cuello en una región y a partir de ello llega a fracturarse cuando el esfuerzo sigue actuando sobre ella.

 

La ley de Hook Hook

Las fuerzas de tensión en materiales elásticos, hacen que se cumpla la ley de HOOK como mencionamos con anterioridad; esta ley establece una relación entre el esfuerzo y la deformación que experimenta un cuerpo cuando está sometido a una carga.  El esfuerzo y deformación son directamente proporcionales, es decir cuánto más esfuerzo resiste un material, mayor deformación experimenta y cuanto menor esfuerzo resiste, menor es la deformación.   La ley de Hook se cumple hasta que el material alcanza su límite de proporcionalidad; a partir de dicho punto los materiales dejan de comportarse elásticamente.   La constante de proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación se conoce también como el módulo de elasticidad, módulo de Young y podemos expresarla de la siguiente manera;  También podemos expresar como la tangente del ángulo que existe entre la recta de proporcionalidad y el eje de las abscisas. El módulo de Young Young También conocida como el módulo de elasticidad elastici dad longitudinal, es una constante que poseen los materiales; esta constante refleja el grado de elasticidad que posee un determinado material.  Los materiales con mayor módulo de Young son menos elásticos, es decir más rígidos y los materiales con menor módulo de Young poseen mayor elasticidad.

 

CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es la finalidad de los ensayos de materiales? Determinar las características más importantes que el material debe poseer para así poder adecuar las propiedades mecánicas a las condiciones requeridas de servicio para el componente, ya que una vez conocidas se puede seleccionar el material apropiado, utilizando también la información incluida en los manuales correspondientes. Así mismo, la información proporcionada por los ensayos de materiales son conocimientos muy valiosos para el desarrollo de nuevos productos y mejorar los existentes. 2. ¿Cuáles ventajas se tienen de la normalización de los mé métodos todos de ensayo de materiales? Indique un ejemplo de cada una De acuerdo con la ISO la normalización es la actividad que tiene por objeto establecer, ante problemas o potenciales, disposiciones destinadas a usos comunes y repetidos, con el fin de obtener un nivel de ordenamiento óptimo en un contexto dado, que puede ser tecnológico, político o económico. La normalización favorece el progreso técnico, el desarrollo económico y la mejora de la calidad de vida. ●  La normalizació normalización n promueve la creación de un idioma técnico común a

todas las organizaciones y es una contribución importante para la libre circulación de los productos industriales ●  La participación de los distintos sectores en la lass actividades de normalización contribuye con la industria, con las distintas actividades, y por ende, con nuestro país ●  La industria para desarrollarse y crecer, independientemente de los económico-financiero, debe apoyarse en la normalización en todos sus ámbitos dado que cuando un determinado sector industrial no dispone de normas nacionales, dependerá de la tecnología de los países que sí las tienen, debiendo adecuarse a sus requerimientos técnico-comerciales

3. ¿Qué es carga de rotura o resistenci resistencia? a? Calcúlelo

 

  La resistencia a la tracción ( Rm ) o carga de rotura es un valor característico para evaluar el comportamiento de resistencia. La resistencia a la tracción se define como el esfuerzo de tracción mecánico máximo, con el que se puede someter a carga una probeta. Si se supera la resistencia a la tracción, se produce la rotura del material: La absorción de fuerzas disminuye hasta que la probeta de material, finalmente, se rompe. Sin embargo, antes de alcanzar la resistencia a la tracción, el material empieza a experimentar una deformación plástica, a saber, permanente. Se calcula a partir de la fuerza máxima Fm de tracción alcanzada y del área de la sección de probeta en el inicio del ensayo de tracción: Rm = Fm/So

Siendo: Rm = Resistencia a tracción o carga de rotura. Fm = Fuerza máxima de tracción. So = Área de sección de la probeta. La resistencia a la tracción se indica en MPa (Megapascal) o en N/mm². En el diagrama (o curva) de tensión-deformación se trazan la tensión de tracción ejercida en la probeta sobre su extensión relativa en el ensayo de tracción.

 

 

Ilustración 1. Diagrama de tensión-deformación.

A partir de esta curva, se pueden determinar los diferentes valores característicos del material de ensayo; por ejemplo, el comportamiento elástico o la resistencia a la tracción. En el diagrama de tensión-deformación, la resistencia a la tracción es el valor de tensión máximo que se alcanza durante el ensayo de tracción tras el repunte de tensión de tracción. 4. ¿Qué eess límite de elasticidad teórico? Calcúlelo. El límite elástico o límite de elasticidad es la tensión máxima que un material elastoplástico puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes. Si se aplican tensiones superiores a este límite, el material experimenta un comportamiento plástico con deformaciones permanentes y no recupera espontáneamente su forma original al retirar las cargas. En general, un material sometido a tensiones inferiores a su límite de elasticidad es deformado temporalmente de acuerdo con la ley de Hooke. 5. ¿Qué es límite aparente de elasticidad elasticida d o límite de fluencia y cuando se utiliza? Calcúlelo.

En el límite de fluencia podemos encontrar el límite superior e inferior

 

Siendo el límite superior la tensión a partir de la cual no se produce deformación plástica de un material bajo carga de tracción, al retirar la tensión del material vuelve a su estado inicial. En el límite superior empieza la deformación plástica, en este punto la probeta se extiende de forma irreversible

6. ¿Qué es límite de proporcionalidad? Calcúlelo. El límite de proporcionalidad es aquel que determina la mayor tensión que es directamente proporcional a la deformación, este corresponde a la ubicación de la tensión al final de la región lineal. El límite proporcional es casi equivalente al límite elástico para muchos metales.El punto de transición se puede calcular mediante un cambio porcentual especificado en la pendiente.

Ilustración 2. Curva esfuerzo-deformación.

7. ¿Qué eess el módulo de elastici elasticidad? dad? Calcúlelo. También llamado módulo de Young, es el parámetro que caracteriza la elasticidad de los materiales según la dirección en la que se aplica la fuerza, El módulo de elasticidad es una constante elástica que, al igual que el límite elástico, puede encontrarse empíricamente mediante ensayo de tracción del material.

 

Este busca obtener la relación que se da entre la tensión que se aplica al objeto en su eje longitudinal y la deformación que se mide en ese mismo eje. Mediante el ensayo de tracción se mide el comportamiento elástico y se pronostica el comportamiento de un material sometido al estiramiento. el módulo de elasticidad se calcula mediante la siguiente expresión: E = σ/ϵ 

Siendo E = módulo de Young, en Pascal. σ = tensión uniaxial o fuerza uniaxial por superficie de la unidad, en pascal.   ε = deformación o deformación proporcional (esto quiere decir el cambio de

longitud dividido por la longitud original).  

8. ¿Qué es alargamiento? Calcúlelo. El alargamiento o elongación es una magnitud que mide el aumento de la longitud del material al cual se le aplica el ensayo de tracción antes de producirse su rotura este se calcula midiendo la longitud final y comparándola con la longitud inicial

siendo: e: alargamiento o deformación unitaria Lо: longitud inicial de la probeta L: longitud de la probeta en un momento determinado

9. ¿Qué es estricción? Calcúlelo Calcúlelo.. La estricción se genera por causa del esfuerzo de tracción excesivo lo que genera una disminución en el área transversal del material, al sufrir una deformación plástica permanente mientras que el material se alarga, por

 

ende será la diferencia del área inicial y el area final dividido entre el área inicial. Esto solo se puede observar en materiales dúctiles.

10. ¿Qué es yield point? El yield point es más conocido como co mo el límite elástico el cual indica el máximo máxi mo esfuerzo permisible para que el material no sufra una deformación permanente, este límite elástico está representado por una zona lineal de esfuerzos en el material, lo que nos indica que cuando se retire una carga que esté situada en esta zona el material tomara su forma original, esta zona es obtenida mediante el punto de fluencia puesto que antes de este punto se estará en la zona elástica.

Ilustración 3. Grafica para límite elástico.

11. ¿Qué es yield strength? El yield strength es el punto de fluencia, el cual se define como el esfuerzo en el cual un material comienza una deformación plástica dando como resultado el inicio de una deformación irreversible, y se calcula trazando una línea paralela al 0.2% desde el inicio de la gráfica de esfuerzo deformación, y en el punto donde se intersect intersectan an las 2 curvas este será el punto de fluencia,

 

La fluencia 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.

Ilustración 4. Grafica para punto de fluencia.  

12. ¿Qué es proof strength? El proof strength está muy relacionado con el yield strength, puesto que este será el esfuerzo al cual inicia el punto de fluencia es decir donde se separa la zona elástica e inicia la zona plástica del material, y se calcula al proyectar el punto de fluencia de manera horizontal para leer el esfuerzo. 13. Elabore un análisis de fractura. Para este análisis de fractura se tomará referencia acero 1020 realizar el cual posee bajo contenido de carbono, al como ser sometido a ununensayo de tracción, se observa que la probeta presentará elongación es decir que aumenta su longitud, lo que generará una formación de cuello de botella en el centro de la probeta debido a que en esta zona se presenta una mayor concentración de esfuerzos, se observa una disminución en el área transversal dándonos a conocer que su deformación es plástica y posteriormente se tendrá la fractura de la probeta. La siguiente gráfica nos muestra lo descrito anteriormente:

 

 

Ilustración Ilustra ción 5. Fracturación

de una probeta

Cabe resaltar que el esfuerzo máximo en este acero 1020 no será igual al esfuerzo de fractura, puesto que el material se deforma plásticamente hasta alcanzar el esfuerzo máximo y posteriormente inicia a ceder o disminuir el esfuerzo hasta el punto de fracturarse. Un material que presenta estas características al fracturarse se define como un material dúctil, en este caso el acero 1020 tras ser sometido a un esfuerzo excesivo se presenta gran deformación plástica al ocurrir lo descrito anteriormente. Por otra parte mediante la fractura un material es frágil cuando al ser sometido a un ensayo de tracción se tiene el esfuerzo máximo y el esfuerzo de fractura con el mismo valor, por ende los materiales frágiles no presentan una zona plástica al fracturarse al mismo tiempo que se alcanza el esfuerzo máximo.

 

CONCLUSIONES

●  Mediante el ensayo de tracción se puede obtener la curva de esfuerzo

deformación, la cual será que de gran utilidad para caracterizar materiales dúctiles y frágiles, puesto los materiales dúctiles son aquellos en losentre que el esfuerzo máximo es diferente al esfuerzo de fractura, mientras que para un material frágil ambos valores serán iguales, esto debido a que un material frágil no presenta zona plástica y en consecuencia al alcanzar su límite elástico se alcanzará la falla del material.  



Mediante el ensayo de tracción se pueden obtener las características mecánicas de los materiales y poder predecir cómo se comporta un material sometido a diferentes cargas y de este modo seleccionar materiales para aplicaciones determinadas, de igual forma demostrar que los materiales cumplen con las especificaciones requeridas.

 

REFERENCIAS

Microsoft soft Word Wor d - Cap.tulo Cap.tulo VI.doc VI.doc (udl ap.mx) ap.mx)   ●  Micro ●  Ensayo de Traccion. (areatecnologia.com)   (areatecnologia.com)

Ensayo,

Grafica,

Formulas,

Problemas.

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