Guía Ensayo de Tensión. Universidad de Pamplona.

1. TITULO

Ensayo de Tracción.

1. OBJETIVO GENERAL.

Interpretar los datos del ensayo de tracción, en función de los conceptos adquiridos y las variables que implica dicha prueba, para la aplicación ingenieril de los mismos.

1. OBJETIVO ESPECÍFICOS.

1. Conocer las definiciones y métodos comúnmente utilizados y aprobados por la norma ASTM E8 para el ensayo de tracción.
2. Entender e interpretar el comportamiento de los materiales en la prueba de tracción en función de los datos obtenidos.
3. Conocer los conceptos de las propiedades mecánicas que se usarán en el ensayo (Ductilidad, elasticidad, resistencia, fragilidad).
4. Determinar en la gráfica obtenida los puntos más importantes que se relacionan con las propiedades mecánicas de los materiales.

1. MATERIALES Y EQUIPOS.

Materiales

• Probetas de metal normalizada según ASTM E8/E8M
• Marcador para metales

Equipos y herramientas

• Maquina universal de ensayos. SHIMADZU 600 kNI (Ensayos de comprensión, Tracción, flexión)
• Mordazas del a máquina universal de ensayos según el diámetro de la probeta.
• Computador con software TRAPEZIUM 2 (simulador)
• Calibradores
• Flexómetro o cinta métrica.

1. SEGURIDAD EN EL ENSAYO

Revisar el manual de seguridad de la Maquina Universal De Ensayos.

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1. MARCO TEÓRICO

Uno de los pilares fundamentales para quienes trabajan en diseño mecánico y selección de materiales es la interpretación y aplicación correcta de las propiedades obtenidas del ensayo de tracción.  

Para la interpretación de las propiedades que se evalúan en los ensayos mecánicos, es importante tener claro los conceptos en relación a la propiedad en si misma, la forma de realización del ensayo y la influencia de los resultados en función de las variables.

1.  Tracción.

• Se denomina tracción al esfuerzo interno a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto y tienden a estirarlo.

• Un cuerpo se encuentra sometido a tracción simple cuando sobre sus secciones  transversales se le aplican cargas normales uniformemente repartidas y de modo de tender a producir su alargamiento.

[pic 2]

Figura 1: Probeta sometida a esfuerzo de tracción.

1.  Ensayo de tracción.

1. Generalidades del ensayo de tracción.  

Los ensayos de tracción proporcionan información sobre los esfuerzos y la ductilidad de los materiales sometidos a cargas de tracción uniaxial, esta información es útil para selección de materiales, caracterización de nuevos materiales y control de calidad.

Los detalles de la metodología del ensayo a tracción varían de acuerdo con la variedad de material existente, sin embargo, aunque se trate de diferentes tipos de materiales los parámetros generales para realizar la prueba son:

• Temperatura entre 10ºC y 35ºC.

• Aplicación de la carga de forma graduada:

Tabla 1. Velocidades graduadas según norma ASTM.

Este ensayo es utilizado para medir el Límite de fluencia (Limite de elasticidad, Elastic Limit, Yield Strenght), la Resistencia a la tensión (Esfuerzo máximo, Esfuerzo último, Strenght, Tensil Strenght), Rigidez (Modulo de elasticidad, Modulo de Young, Young´s Modulus), Ductilidad (Elongación, reducción de área) mediante  la aplicación de una carga estática o aplicada lentamente a una probeta de sección circular o rectangular con dimensiones normalizadas según la norma ASTM E8/E8M.  

[pic 3]

Figura 2. Esquema de la maquina universal de ensayos, donde se representan las partes de la maquina y ubicación de la probeta.

1. Comportamiento de los distintos materiales en el ensayo de tracción.

En la figura 3 se muestra las curvas de esfuerzo-deformación para un metal, un polímero termoplástico, un elastómero y un material cerámico.

[pic 4]

Figura 3. Grafica esfuerzo-deformación para distintos materiales.

• Los materiales metálicos (a) y termoplásticos (b) muestran una región inicial elástica, seguida por una región plástica no lineal. Observe que la región plástica es mucho mayor para los termoplásticos.

• Los elastómeros (como por ejemplo hules o siliconas) Presentan una gran zona elástica lineal (parte lineal) a bajos esfuerzos y no presenta zona plástica sino que llegan directamente a fractura.

• Los cerámicos y los vidrios (d) solo muestran una pequeña región elástica lineal sin deformación plástica.

1.  Esfuerzo y deformación ingenieriles

Siempre que se convierta la carga aplicada, en esfuerzo, y la distancia entre marcas  de calibración  a deformación, se obtiene como resultado el esfuerzo y la deformación ingenieril.

1. DIAGRAMA ESFUERZO (σ) VS DEFORMACIÓN (ε)

A continuación se presenta el diagrama de esfuerzo (σ) vs deformación (ε) para un material metálico y los esfuerzos que pueden ser obtenidos en la interpretación de la gráfica (4).

[pic 5] 

Figura 4. Diagrama esfuerzo deformación y puntos críticos de la gráfica.

Los datos arrojados en este ensayos son el modulo de elasticidad (Modulos of elasticity E) la resistencia a la fluencia (Yield Strenght σF) la resistencia ultima o a la tracción (Tensil Strenght σT)  y el punto de rotura (Break Strengh σB). Los dos primeros datos se relacionan como parámetro de diseño, el tercero como parámetro de calidad en el proceso de fabricación y el último es una medida adicional de caracterización del material.

1. Limite de fluencia (Yield Strenght σf)

Es el momento en que el comportamiento a deformación de la pieza, debido a la carga que se le esta  aplicando, se trasforma de elástico a  plástico o permanente,,  es decir que antes de este punto si se suprime la fuerza ejercida,  la probeta retornará  a su longitud inicial.  

En algunos materiales metálicos, al comenzar la deformación plástica, el valor del esfuerzo disminuye desde un  valor superior (σ2) a uno inferior (σ1). Inmediatamente después, el esfuerzo empieza a crecer nuevamente, entrando a la región de deformación plástica

[pic 6]

Figura 5. Esfuerzo de cedencia superior e inferior.

Para evitar problemas de interpretación, ASTM recomienda trazar una recta paralela a la del comportamiento elástico, que inicie en el eje de las deformaciones unitarias con una deformación de 0.002 o 0.2%. El punto de cruce o intersección de esa recta con la curva esfuerzo Vs deformación, definirá el esfuerzo teórico de fluencia del material.

1. Módulo de Elasticidad.

La pendiente de la parte lineal de la gráfica esfuerzo Vs deformación representa la propiedad conocida como rigidez o Modulo de Elasticidad (E) en (lb/pulg2 - psi) o (N/mm2 – Pa) y se calcula mediante la siguiente fórmula:

E= σ/ε

Donde:

• [pic 7] = Es el módulo de elasticidad longitudinal.
• [pic 8] = Es el esfuerzo ejercido sobre el área de sección transversal del objeto.
• ε = Es la deformación unitaria en cualquier punto de la barra.

Esta propiedad se caracteriza por su utilidad a la hora de realizar la selección de un material debido a que su importancia a la hora del diseño.

1. Zona Elástica.

Es la zona donde se establece una relación lineal o cuasi lineal entre los esfuerzos y las deformaciones unitarias.

1. Zona Plástica.

Se encuentra limitada por el límite de fluencia del material y la falla del mismo; en esta zona las deformaciones presentadas en la muestra serán permanentes y se varían abruptamente las propiedades del material.  

1. Ductilidad.

La ductilidad es el grado de deformación que puede  soportar un material sin  romperse. Se calcula por las siguientes formulas:

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