El ensayo de tracción

INTRODUCCIÓN

El ensayo de tensión o tracción ingenieril se emplea ampliamente para proveer información básica sobre las propiedades mecánicas de los materiales y como un ensayo de aceptación para las especificaciones de los mismos bajo los estándares de calidad. Este es uno de los ensayos mecánicos más completos debido a que puede recopilarse, mediante el análisis de sus resultados, gran cantidad de información acerca de las propiedades de los materiales, como por ejemplo: resistencia máxima a la tracción, esfuerzo de fluencia, modulo de elasticidad o de Young, porcentaje de elongación (en tensión uniaxial), resiliencia, tenacidad, etc. Además que puede realizarse sobre materiales no metálicos, como los polímeros.

Es por ello, que es imprescindible saber analizar los resultados obtenidos en el ensayo de tracción, así como conocer las limitaciones de sus resultados. Una de las principales limitaciones es que la dirección de aplicación de la carga es uniaxial, por lo que el porcentaje de elongación obtenido puede variar con respecto a algunos casos reales como es la conformación o deformación plástica de los metales donde la aplicación de esfuerzos es triaxial. Adicionalmente, la velocidad de aplicación de la carga es muy baja, por lo que se dice que el ensayo es estático, entonces los valores de algunas propiedades pueden variar con respecto a la realidad y con respecto a otros ensayos, por ejemplo, la tenacidad obtenida por tracción varía con respecto a la que se obtiene por el ensayo de impacto.

Durante el desarrollo de este laboratorio se ensayaron y analizaron mediante el ensayo de tracción diferentes muestras metálicas y poliméricas, con el fin de obtener y comparar las propiedades de cada uno de estos materiales.

Diferentes materiales fueron estudiados a partir del ensayo de tracción según lo establecido en la norma ASTM A370, empleando una maquina de tracción, conectada con un sistema computacional de adquisición de data, de donde su obtuvieron los datos experimentales de carga y alargamiento, posteriormente se transformaron a esfuerzo-deformación y de esta manera se realizaron las curvas características de esfuerzo-deformación para cada material con el fin de extraer la información relevante acerca de las propiedades de cada uno de ellos.

MARCO TEÓRICO

El ensayo de tracción consiste en someter a una probeta, de dimensiones controladas, a una carga de tensión uniaxial que se incrementa gradualmente de manera estática hasta que la probeta fractura. Durante el ensayo se registra simultáneamente tanto la carga necesaria para la deformación y posterior fractura de la muestra, así como la elongación o alargamiento de la probeta. Luego estos datos son transformados a esfuerzo y deformación, de acuerdo a las dimensiones de la probeta empleada, y con ellos se realiza la curva de esfuerzo vs deformación, típica curva de tracción, tal y como se muestra en la Figura 1

Figura 1: Curva de tracción esfuerzo-deformación ingenieril

La forma y magnitudes de las curvas de tracción de los materiales dependerán de las condiciones que éste presente, y más específicamente para los metales dependerá de su composición, tratamiento térmico, historia previa de deformación plástica, velocidad de deformación, entre otras.

Como se muestra en la Figura 1, las características más importantes en una curva de tracción son: resistencia a la tracción, limite elástico convencional (o aparente), el porcentaje de deformación, estricción, etc. Sin embargo, existe información adicional que se puede obtener de la curva de tracción en los metales, como por ejemplo tenacidad, resiliencia y rigidez (modulo de Young). Adicionalmente, también se puede determinar si el metal es susceptible a endurecerse por deformación, en este caso el esfuerzo requerido para producir deformación plástica continua se incrementa al incrementar la deformación plástica.

A continuación se definirán algunas de las propiedades que se han mencionado anteriormente y las cuales pueden ser obtenidas a partir de un análisis de la curva esfuerzo-deformación.

Resistencia a la tracción: es el máximo esfuerzo (en este caso en tracción) que un material puede soportar sin fracturarse, se determina al dividir la carga máxima entre el área de la sección transversal inicial de la muestra.

Tenacidad: La habilidad de un metal de absorber energía y deformarse plásticamente antes de fracturarse. En el ensayo de tracción se determina como el área bajo toda la curva, tanto en la región elástica, como la plástica. Mientras mayor sea el área bajo la curva mayor será la tenacidad.

Resiliencia: Es la habilidad de un metal de absorber energía cuando es deformado elásticamente y recuperarse volviendo a su forma original una vez es eliminado el esfuerzo. Se determina por la medida del área bajo la curva esfuerzo-deformación en la zona elástica. A mayor área, mayor resiliencia.

Modulo de elasticidad o modulo de Young (E): Es una medida de la rigidez de un material. Se obtiene como la pendiente de la curva esfuerzo-deformación en el rango de la proporcionalidad lineal (debajo del limite elástico). A mayor modulo de Young, mayor es la rigidez del material.

Algunas de las principales ventajas del ensayo de tracción son: el estado de esfuerzos han sido bien establecidos, los procedimientos han sido cuidadosamente estandarizados por diferentes organismos y son relativamente fáciles y económicos de realizar.

Sin embargo, las propiedades obtenidas mediante un ensayo de tracción no son suficientes para predecir el comportamiento de los materiales bajo todas las condiciones de carga.

Norma ASTM 370: como se mencionó que las probetas deben ser de dimensiones definidas, y por razones de entendimiento y homogeneidad para garantizar reproducibilidad y trazabilidad con respecto a los resultados obtenidos, la ASTM ha estandarizado las dimensiones de las probetas bajo éste número en sus normas. En ella se especifican: longitud calibrada (G), ancho de sección calibrada (W), espesor (T) -sólo en probetas planas- , radio de curvatura (R), longitud total (L), longitud de sección reducida (A), longitud de sección de soporte (B), ancho de sección de soporte (C) y el diámetro nominal para el caso de probetas cilíndricas.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

EQUIPOS Y MATERIALES

• Maquina

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