PRÁCTICA N° 2 ENSAYO DE TRACCIÓN

PRÁCTICA N° 2

ENSAYO DE TRACCIÓN

Luis lázaro 1*

1 UPB. Medellín, Colombia

* Contacto: luis.lazaro@upb.edu.co

RESUMEN

Se dio inicio a la practica con una discusión sobre las propiedades mecánicas de los materiales y cuales son más relevantes en diferentes aplicaciones, luego se tomaron 6 materiales diferentes a los cuales se les midió la zona de calibración, luego utilizando el compás de punta y el calibrador se marcaron los puntos, esto para poder conocer la deformación unitaria de cada material, después de esto cada uno de los materiales se sometió a tracción el polietileno y la silicona a 50 mm/s y los demás materiales a 5 mm/s para de esta manera poder llegar a su máxima deformación en corto tiempo, terminado el ensayo con todos los materiales se procedió a medir la longitud final de los puntos de calibración y el área trasversal.  

Palabras Clave: Área transversal, Calibración, Deformación, Tracción, Propiedades mecánicas.

ABSTRACT

The practice began with a discussion of the mechanical properties of the materials and which are more relevant in different applications, then took 6 different materials to which the calibration zone was measured, then using the tip and the compass. calibrator was marked the points, this to be able to know the unit deformation of each material, after that each of the materials was subjected to tensile the polyethylene and the silicone to 50 mm / s and the other materials to 5 mm / s for this in order to reach its maximum deformation in a short time, after the test with all materials, the final length of the calibration points and the cross-sectional area were measured.

Keywords: Cross-sectional area, Calibration, Deformation, Traction, Mechanical properties.

1. INTRODUCCIÓN

En esta práctica se pretenden conocer las principales propiedades mecánicas de algunos materiales metálicos y poliméricos sometidos a esfuerzo de tracción, por medio del diagrama esfuerzo – deformación (experimental) y de datos teóricos.

Se ubicarán los datos obtenidos de las propiedades mecánicas en las gráficas obtenidas mediante el ensayo de tracción, y se determinara la resistencia a la fluencia de un material dúctil, con base en el diagrama esfuerzo – deformación por el método de desviación.

1. PROCEDIMIENTO

En la práctica de laboratorio se llevará a cabo el ensayo de tracción de diferentes materiales metálicos y poliméricos entre los cuales están acero estructural (varilla corrugada), aluminio, acero inoxidable, silicona, polietileno, plástico reforzado con fibra de vidrio.  

La práctica consiste en someter las probetas de dichos materiales a carga uniaxial de tracción según la norma ASTM-E8, con el fin de determinar las principales propiedades mecánicas (módulo de Young, deformación unitaria, razón de Poisson, esfuerzo último, su esfuerzo de cedencia, y esfuerzo de rotura, y generar la gráfica Esfuerzo vs Deformación unitaria.

Deberá prestar atención en el indicador de carátula de la maquina universal en los lugares donde se presente la cedencia del material, la carga última y de rotura. Cuando la probeta falle mida el diámetro final y la zona de calibración.

Cuando finalicen los ensayos de todas las probetas retire el papel para graficar y en cada una de las gráficas identifique el límite de carga proporcional, con ello establezca el valor del límite proporcional de deformación.

1. MARCO TEORICO:

1.  MATERIAL DÚCTL

Son materiales que presentan capacidad para deformarse plásticamente (Figura 1).

La ductilidad de un material se puede reportar con el porcentaje de elongación y porcentaje de reducción de área. El porcentaje de elongación es la deformación unitaria de la muestra en la fractura expresada en porcentaje, es igual a:

[pic 3]

Donde:

Lf: Longitud final (después de la ruptura).

Lo: Longitud inicial (zona de calibración).

El porcentaje de reducción de área está definida dentro de la región de formación del cuello, viene dada por:

[pic 4]

Donde:

Af: Área en la fractura.

Ao: Área de la sección transversal.

La deformación unitaria o de ingeniería se determina dividiendo el cambio en la longitud calibrada d, entre la longitud inicial original del espécimen Lo, esto es:

                                  [pic 5]

Donde:

LR: Longitud relativa (en la zona de calibración).

[pic 6]

· Comportamiento elástico: se dice que la probeta responde elásticamente si retorna a su longitud o forma originales cuando se retira la carga que actúa sobre ella.

· Zona de fluencia: un pequeño aumento en el esfuerzo, más allá del límite elástico, que genera una deformación permanente en el material, el cual continúa deformándose plásticamente sin aumento de carga.

· Endurecimiento por deformación: producido por la interacción de dislocaciones entre sí y entre barreras que impiden su movimiento a través de la red cristalina. Por ello, se requiere un aumento de tensión, lo cual lleva a la curva a elevarse continuamente hasta llegar al esfuerzo máximo.

· Estricción: en el esfuerzo último, el área de la sección transversal comienza a disminuir en una zona localizada de la probeta, en lugar de hacerlo en toda una longitud.

· Esfuerzo de fluencia: ocurre al finalizar el limite elástico (antes de que ocurra la primera deformación permanente) la carga en la pieza permanece constante mientras esta continúa deformándose.

· Esfuerzo de rotura: es siempre menor que el esfuerzo último y es aquel que se presenta en el momento que la pieza falla.

· Esfuerzo último: es el máximo esfuerzo desarrollado por el material. En los materiales frágiles coincide con el de rotura.

Además del acero, otros materiales como el latón el molibdeno y el zinc pueden también exhibir características de esfuerzo-deformación dúctiles similares al del acero, y experimentar un comportamiento de esfuerzo-deformación elástico, tienen fluencia bajo esfuerzo constante, se endurecen por deformación y finalmente sufren la estricción hasta su ruptura.

Una característica deseada de los materiales dúctiles es que ocurra en ellos una deformación visible si las cargas alcanzan grandes valores, ya que entones pueden tomarse acciones correctivas antes de que ocurra la fractura. Los materiales que presentan un comportamiento dúctil son capaces de absorber grandes cantidades de energía de deformación antes de fracturarse [9].

Dentro de la región plástica, algunos materiales de ingeniería presentan un comportamiento lineal entre el esfuerzo y la deformación unitaria, por lo tanto, un aumento en el esfuerzo causa un aumento proporcional en la deformación unitaria. Ésta relación fue descubierta por Robert Hooke en 1676 y se conoce como ley de Hooke, se expresa matemáticamente como:

              [pic 7]

Ésta ecuación representa la porción inicial recta del diagrama esfuerzo-deformación hasta el límite proporcional, E representa la constante de proporcionalidad, llamada módulo de elasticidad o módulo de Young. El módulo de elasticidad es la pendiente del diagrama esfuerzo-deformación unitaria en la región elástica lineal, las unidades de E son las mismas que las del esfuerzo.

Cuando se aplica una carga P sobre una barra, la longitud de la barra cambia una cantidad d, y su radio una cantidad d’. Si una barra está hecha de un material elástico lineal, la deformaron unitaria lateral Î’ en cualquier punto de ella es proporcional a la deformación axial Î en el mismo punto. La razón de esta deformación es una propiedad del material conocida como razón de Poisson n, se expresa a través de la expresión:

[pic 8]

El signo negativo se introduce en la ecuación para compensar el hecho de que las deformaciones unitarias lateral y axial suelen tener signos opuestos. Es decir, la deformación unitaria de una barra en tensión es positiva y la lateral es negativa (debido a que disminuye el ancho de la barra). En el caso de la compresión, se presenta la situación opuesta, con la barra acortándose (deformación unitaria negativa) y ensanchándose (deformación unitaria lateral positiva). Por tanto, la razón de Poisson para los materiales comunes tendrá un valor positivo.

1.  MATERIAL FRÁGIL

Son materiales cuya rotura se presenta sin cambio apreciable en la razón de alargamiento.

[pic 9]

Algunos ejemplos son concretos, piedra, hierro fundido, vidrio, cerámica y diversas aleaciones metálicas. Los materiales frágiles fallan con poco alargamiento después de que se ha excedido el límite proporcional. La reducción de área es insignificante, por lo que el esfuerzo nominal de fractura es el mismo que el esfuerzo último.

[pic 10]

1.  MÉTODO DE LA DESVIACIÓN

En algunas ocasiones no se tiene el punto de cedencia bien definido, entonces se halla usando un procedimiento gráfico llamado método de la desviación: normalmente se elige una deformación unitaria del 0.2 % y desde este punto situado sobre el eje de Î en el diagrama esfuerzo – deformación, se traza una línea paralela a la porción recta inicial de la curva. El punto en que esta línea intercepta a la curva define la resistencia a la cadencia (Figura 3).

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