Ensayos de tracción y dureza

Laboratorio de Ciencia e Ingeniería de Materiales

Ensayos de tracción y dureza

Fuentes Solórzano Paúl Andrés

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP)

Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL)

Guayaquil – Ecuador

pfuentes@espol.edu.ec

Resumen

En esta práctica de laboratorio, se logró reconocer el comportamiento mecánico de distintos materiales en base a ensayos de tracción y dureza. Para el ensayo de tracción, se sometió una probeta del material de interés a cierta fuerza de tensión y la máquina determinaba los valores de fuerza y de alargamiento del material. En base a estos datos se elaboró una gráfica de esfuerzo-deformación ingenieril para distintos materiales, de las cuales se puede determinar ciertas características de los materiales, como la ductilidad. Con estas gráficas, se comparó las propiedades de un metal con las de un polímero. También se realizó ensayos de dureza a dos metales distintos, utilizando dos métodos distintos para este tipo de ensayo. Con estos ensayos se puede determinar propiedades muy importantes de los materiales para saber si sus cualidades son útiles en ciertos campos o funciones.

Palabras clave: ductilidad, esfuerzo, dureza.

Abstract

On this practice, we recognized the mechanic behavior from different types of materials, based on stress and hardness tests. For the strain test, we used a sample made of the material of interest, which was given some force and the machine calculated the numerical values for the force applied and the sample elongation. Based on this data, we made a stress-elongation graph for different materials, from which some of the material’s properties can be determined, such as ductility. With these graphs, we compared the properties from a metal with a plastic. Also, we made hardness tests to two different metals, using two different methods. With these type of tests, we can determine important properties from the materials of interest to know its quality and function on different types of working areas.

Key words: ductility, stress, hardness.

Introducción

Es muy importante conocer las características de un material al momento de querer diseñar una pieza con un fin en específico. Muchos de estos materiales, en su aplicación, estarán sometidos a fuerzas o cargas, por lo que estos materiales deberán soportar estas fuerzas para evitar la rotura o en muchos casos la deformación plástica. Un par de ejemplos de ello son las aleaciones de aluminio con las cuales se construyen las alas de los aviones y el acero de los ejes de los automóviles. En base a la fuerza aplicada y la respuesta del material se logra determinar el comportamiento mecánico de dicho material. Entre las propiedades mecánicas más importantes se encuentran la resistencia, ductilidad, dureza, rigidez, etc. Estas propiedades mecánicas se las puede determinar realizando ensayos minuciosos, en los que se crea un ambiente con las condiciones a las que estos materiales se podrían enfrentar durante su aplicación. (Callister, 2004, pág. 114)

Entre los ensayos más realizados para la determinación de propiedades mecánicas de un material se encuentra los ensayos de tracción. Este tipo de ensayo permite determinar la resistencia, rigidez y ductilidad de un material a medida que se le aplica una fuerza, ya sea estática o creciente, hasta que causa la ruptura del material.

Se puede obtener una gráfica a partir de este tipo de ensayo, la cual proporciona bastante información en base a la carga aplicada y la elongación del material. Esta curva se la denomina curva de esfuerzo-deformación. De dicho gráfico se puede determinar tres puntos muy importantes, esfuerzo de fluencia, esfuerzo máximo (σmáx) y esfuerzo de fractura (σf). Gráficamente, el esfuerzo de fluencia es el punto que divide la zona elástica y plástica de un material, el esfuerzo máximo es el punto a partir del cual empieza el encuellamiento, y el esfuerzo de fractura es el punto en el que el material sufre la ruptura. Matemáticamente, se las representa con las siguientes ecuaciones:

[pic 1]

[pic 2]

En donde FFractura es la fuerza máxima que soporta el material antes de la ruptura, Fmáx es la fuerza máxima antes de que se forme el encuellamiento en el material y Ao es el área inicial del material.

También se podría determinar otra propiedad importante mediante la gráfica, el cual es la ductilidad del material. El porcentaje de alargamiento que sufre el material durante el ensayo determina un valor de ductilidad del material. Éste suele expresarse en términos de porcentaje de alargamiento, o deformación. Entre más dúctil, mayor porcentaje de alargamiento presentará el material. (Smith, 2013, pág. 223). Aunque no solo con el porcentaje de alargamiento se puede medir la ductilidad, sino también con el porcentaje de reducción de área. Las expresiones matemáticas para estos términos son:

[pic 3]

[pic 4]

En donde lf y lo son la longitud final e inicial, respectivamente, y Af y Ao son el área final e inicial, respectivamente, de la probeta.

[pic 5]

Figura # 1: Curva esfuerzo-deformación para un metal (Askeland, 2001, pág. 139)

En la figura # 1 se puede observar los tres puntos mencionados anteriormente, pero también se puede determinar otras propiedades. Antes del esfuerzo de fluencia, esa zona se la denomina zona elástica, en la cual, si se aplica un esfuerzo menor al de fluencia, el material regresará a su longitud inicial. Podemos ver que la gráfica es lineal en esta zona, por lo que la pendiente de esta recta determina una propiedad importante del material, el módulo de elasticidad (E), el cual es una medida de rigidez del material. (Askeland, 2001, pág. 142). La capacidad del material de absorber energía durante toda esta zona se la denomina resiliencia o módulo de resiliencia (Ur).

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