Ensayo De Tension

Introducción

Para construir un mecanismo o una estructura, es necesario que comprendamos el comportamiento mecánico de los materiales que utilizaremos; para saber cómo se comportarán cuando están bajo algún tipo de carga. De ahí surgen las pruebas o ensayos de tensión, que son experimentaciones con dichos materiales, exponiéndolos a cargas a través de máquinas; para luego medir la deformación (que generalmente es una extensión).

La prueba de tensión es una prueba de aceptación, es decir es una prueba para comprobar si el material metálico cumple o no con especificaciones establecidas, esta prueba nos brinda información acerca de las propiedades mecánicas bajo tensión de los materiales metálicos, las pruebas proveen información acerca de su elasticidad y deformación plástica (o capacidad de deformación).

Esta información es usada para control de calidad en producción, para medir el rendimiento de los materiales estructurales, para evaluar el desarrollo de nuevas aleaciones, y para diseñar bajo ciertos parámetros.

Objetivo

El alumno conocerá la operación de la máquina universal y realizará experimentos de tensión con diversos materiales bajo la norma ASTM E8, a través de dichos experimentos se obtendrá el módulo de elasticidad, esfuerzo de cedencia y esfuerzo último de probetas estandarizadas. Estos resultados serán comparados con los publicados en revistas y libros.

Determinar la resistencia a la rotura y observar en qué momento el material se fractura, usando las gráficas que se nos dieron.

Marco Teórico

La gráfica de esfuerzo-deformación se puede convertir en dos tipos de curvas:

• La curva de esfuerzo-deformación de ingeniería.

Esta se obtiene de la gráfica de carga v.s extensión, el eje “y” muestra el esfuerzo de ingeniería o sea la carga P dividida entre A0 (área inicial) mostrada en la ecuación en el eje “x” muestra la deformación ingenieril .

El Módulo de Elasticidad o de Young es gráficamente representado por una línea recta creada es el módulo de elasticidad, . De la siguiente fórmula , se obtiene la Ley de Hooke; que solo es válida bajo las tres siguientes condiciones:

• La carga aplicada es uni-axial.

• La probeta es homogénea y de sección constante.

El esfuerzo no sobrepase el límite de proporcionalidad o elástico

Ambas gráficas están constituidas por tres zonas. La primera es la zona elástica, en ésta existe una relación lineal entre el esfuerzo ingenieril y la deformación ingenieril y se caracteriza por que cuando se deja de aplicar la carga el material regresa a su longitud original. La segunda zona se conoce como la región de deformación plástica, en esta región la deformación en el material es permanente aún cuando la carga deje de aplicarse. Más aún, la deformación plástica es referida como Ductilidad la cual se define como la habilidad que tiene un material de ser deformado sin romperse. La tercera y última se denomina zona de deformación no-uniforme y en esta región el material después de haber alcanzado el máximo esfuerzo a tensión durante la prueba presenta la formación de un “cuello” o adelgazamiento de su área transversal.

Ductilidad

En forma general la ductilidad se puede obtener:

- A partir de la deformación sufrida por la muestra a la fractura (generalmente denominada como elongación) y/o

- Reducción en el área de fractura (q)

Ambas propiedades se expresan en por ciento y se obtienen después de que la muestra ha sido fracturada haciendo coincidir las 2 partes de la probeta a fin de medir la longitud final (l) y/o la sección transversal final de la muestra (Af). “Entre más grande es el porcentaje de reducción en área significa que el material es más dúctil”.

Algunas definiciones de conceptos importantes para la interpretación gráfica son los siguientes:

Fƒ

==> Límite de proporcionalidad, este límite demuestra la cantidad de tensión que se le puede aplicar al material antes de que empiece a deformarse de manera más rápida

==> El Esfuerzo de Fluencia, es una línea sin pendiente, el cuál es el que indica si el material será perfectamente plástico, o que si solo se deformara sin cambiar la carga. Al atravesar este umbral de deformación el material se endurece de nuevo por un cambio en su estructura cristalina hasta llegar a un punto de Esfuerzo último donde tiene un breve momento de estricción hasta finalmente llegar a la Fractura, que es el punto de interés de la práctica. (Gere & Goodno, 2009)

==> Límite elástico, Es el valor máximo de esfuerzo al que el material puede ser sometido sin que éste muestre una deformación permanente después de ser retirada la carga.

• La curva de esfuerzo verdadero-deformación verdadera.

El área transversal continuamente cambia durante la prueba de tensión uniaxial, tanto el esfuerzo como la deformación deben de considerar dicho cambio de área, por lo anterior tanto el esfuerzo verdadero como la deformación verdadera están dadas por las siguientes ecuaciones, respectivamente:

esfuerzo verdadero

deformación verdadera =

En donde A es el área actual a la cyual la fuerza F es aplicada. De esta manera, esta curva es considerada más exacta para los materiales ya que toma en cuenta los cambios que los materiales han sufrido en cada momento de la prueba uniaxial de tensión.

Propiedades bajo tensión uniaxial de plásticos

Para obtener las propiedades de tensión de los plásticos, es en esencia, el mismo procedimiento que el que se usa para los metales. Podemos obtener la cedencia, el esfuerzo, así como los módulos y la elongación, sin embargo la prueba se rige bajo la norma ASTM D638-99.

Resultados

Material: Acero 1018

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ε

A

Experimentales Publicados en manuales Error

% Error

% Error

%

E σ YP σ UTS % Elongación % Reducción de área E σ YP σ UTS

Kg Lf-L0/L0

cm/cm cm2 Kg/ cm2 Kg/ cm2 Kg/ cm2 Kg/ cm2 Kg/ cm2 Kg/ cm2 E σYP σUTS

500

.1191 .5039 1975625.52 6278.41 6644.00 11.91 60.84 2’088116.6 3775.48 4487.58 5.38 66.2 48.05

Material: Acero 1045

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