Laboratorio de Resistencia de Materiales: Ensayo de Traccin

2009

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALFRANCISCO DE MIRANDA AREA DE TECNOLOGA PUNTO FIJO EDO. FALCON UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES

PRACTICA N 1: ENSAYO DE TRACCIN T

PREPARADO POR: ING. LUIS EDUARDO DELGADO MANTILLA PUNTO FIJO, MAYO DEL 2009.

Laboratorio de Resistencia de Materiales: Ensayo de Traccin

INTRODUCCINCon el ensayo de traccin, tambin llamado ensayo de tensin, se determinan los valores de resistencia, verificarse las propiedades y establecerse el comportamiento de los materiales bajo la accin de las fuerzas externas. Estas fuerzas actan en sentido axial en un material determinado denominado probeta cuya forma y seccin puede variar, a la cual se le genera una deformacin en funcin del esfuerzo generado por la aplicacin curva de la grafica esfuerzo versus deformacin de cargas axiales; en donde se pueden establecer un rango de deformacin segn la en donde existen deformaciones elsticas y plsticas hasta finalmente llegar a la ruptura. El estudio de la grafica esfuerzo versus deformacin y la forma de esta curva se estudiara a partir de la influencia del Modulo Young el cual es particular para cada material. Las partes y uso de la mquina para ensayos de materiales en traccin es muy importante ya que a partir de esta se puede tener una mejor apreciacin de lo que ocurre a los materiales al realizar el ensayo.

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1.- OBJETIVOS 1.1.- Objetivo General Conocer el comportamiento de los materiales al aplicarles fuerzas axiales. 1.2.- Objetivos Especficos Conceptualizacin Analizar el diagrama de esfuerzo () vs deformacin () Conocimiento del equipo (Probetas, prensa Universal) Observar el comportamiento de la probeta al someterlo a cargas de traccin. Realizar ensayo. 2.- MARCO TEORICO 2.1 Propiedades Mecnicas de los Materiales Resistencia mecnica: la resistencia mecnica de un material es su capacidad de resistir fuerzas o esfuerzos. Esfuerzo de Tensin: es aquel que tiende a estirar el miembro y romper el material. Donde las fuerzas que actan sobre el mismo tienen la misma direccin, magnitud y sentidos opuestos hacia fuera del material. Como se muestra en la siguiente figura 1. Y viene dado por la siguiente frmula: Fuerza _ perpendicular _ al _ rea _ transversal _ del _ elemeto T = ( +) AT rea _ transversal _ del _ elemto.

=

T

Lo

T

T

Lf

T

Figura N 1. Elemento sometido a tensin. Rigidez: la rigidez de un material es la propiedad que le permite resistir deformacin.

Laboratorio de Resistencia de Materiales: Ensayo de Traccin Elasticidad: es la propiedad de un material que le permite regresar a su tamao y formas originales, al suprimir la carga a la que estaba sometido. Esta propiedad vara mucho en los diferentes materiales que existen. Plasticidad: esto todo lo contrario a la elasticidad. Un material completamente plstico es aquel que no regresa a sus dimensiones originales al suprimir la carga que ocasion la deformacin. Ductilidad: es la propiedad de un material que le permite experimentar deformaciones plsticas al ser sometido a una fuerza de tensin. Deformacin: son los cambios en la forma o dimensiones originales del cuerpo o elemento, cuando se le somete a la accin de una fuerza. Todo material cambia de tamao y de forma al ser sometido a carga. 2.2 Ensayo de Traccin El ensayo de traccin de un material consiste en someter a una probeta normalizada realizada con dicho material, un esfuerzo axial de traccin creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. En un ensayo de traccin pueden determinarse diversas caractersticas de los materiales y se pueden observar a partir de las zonas de la curva de la grafica Esfuerzo Vs Deformacin Ver Grafica 1.

GRAFICA 1. Esfuerzo vs. Deformacin

Laboratorio de Resistencia de Materiales: Ensayo de Traccin 2.3 Puntos de la Grfica Esfuerzo Versus Deformacin 1. Limite de Proporcionalidad: Es el mximo esfuerzo aplicado a un material en tensin o traccin hasta donde su deformacin es proporcional a el esfuerzo. 2. Limite Elstico: Es el mximo esfuerzo que se le puede aplicar al material sin que se produzca deformacin plstica o permanente. 3. Limite de Fluencia: Es el mximo esfuerzo que se le puede aplicar al material para que se produzca el primer rasgo de deformacin plstica apreciable y especifica. 4. Mximo Esfuerzo o Resistencia ultima o Resistencia a la Tensin: es la fuerza mas alta aplicada en condiciones de carga uniaxial en donde se observa una disminucin de rea. 5. Esfuerzo de Ruptura: Es el esfuerzo necesario para romper el material (probeta). 2.5 Ley de Hooke (Modulo de Elasticidad) Todo esfuerzo ejercido sobre un cuerpo lo deforma. La deformacin es proporcional al esfuerzo mientras persiste la deformacin. Recprocamente, todo cuerpo deformado ejerce un esfuerzo mientras persiste la deformacin, siendo el esfuerzo proporcional a esta.

El modulo de elasticidad de un material es la relacin entre las tensiones y deformaciones correspondientes (constantes). Tambin se puede estudiar el coeficiente de alargamiento el cual es la inversa del modulo elstico o de Young; la frmula para su clculo es la siguiente:

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2.6 Coeficientes de Seguridad Para impedir que un material pueda exceder su lmite elstico se limita el esfuerzo a una fraccin de este.

El divisor S es el coeficiente de seguridad, sus valores depende de las caractersticas del material, las naturalezas de los esfuerzos y las condiciones de trabajo. En el hierro y en el acero S vara de 2 a 3 o bien de 2 a 1,5; para fundicin de 7 a 10 y para maderas y las rocas de 7 hasta 20 en casos muy desfavorables. 2.7 Tensin Admisible o Coeficiente de Trabajo El cociente entre el lmite elstico por el coeficiente de seguridad es la tensin mxima que se acepta para que un material trabaje en condiciones de seguridad. Esta tensin se llama tambin tensin admisible o coeficiente de trabajo.

Si en la ecuacin de equilibrio sustituimos el por el adm tendremos

2.8 Ensayo de traccin para una probeta de acero Las curvas tienen una primera parte lineal llamada zona elstica, en donde la probeta se comporta como un resorte, si se quita la carga en

Laboratorio de Resistencia de Materiales: Ensayo de Traccin esa zona, la probeta regresa a su longitud inicial. Por el contrario si la carga aplicada continua incrementndose la probeta tendr una longitud final diferente ya que sufrira una deformacin plstica, hasta llegar al punto de extriccin o ruptura (ver grafica 2).

GRAFICA 2. Ensayo de traccin para una probeta de acero

2.9 Deformaciones en los materiales En la figura 2 se muestra la forma de la probeta al inicio, al momento de llegar a la carga mxima y luego de la ruptura; y se asocian a las graficas de esfuerzo vs deformacin ya que al aplicarles cargas axiales en aumento a una misma probeta elstica, plstica y de ruptura. se observa el paso por las zonas

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FIGURA 2. Probeta al pasar por las distintas zonas (Elstica, plstica, ruptura)

Para expresar la resistencia en trminos independientes del tamao de la probeta, se dividen las cargas por la seccin transversal inicial Ao, obtenindose Resistencia a la fluencia: Ffluencia

fluencia

=A0

Resistencia a la traccin: Fmx

mximo =A0 OBSERVACIONES:

Fluencia = esfuerzo de fluencia Mximo = esfuerzo mximo.Ffluencia = Fuerza de fluencia Fmax = Fuerza mxima A0 = rea de la probeta en la zona elstica o plstica Unidades: Kg/mm2 o Mpa o Kpsi Considerando una probeta cilndrica

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Ao = (

)

3.- MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS 3.1 Prensa Universal Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectan ensayos para medir su comportamiento en distintas situaciones. El ensayo destructivo ms importante es el ensayo de traccin, en donde se coloca una probeta en una mquina de ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otra mvil. Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza mvil. Un esquema de la mquina de ensayo de traccin se muestra en la Figura 3. La mquina de ensayo impone la deformacin desplazando el cabezal mvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una seal que representa la carga aplicada, las mquinas poseen un plotter que grafica en un eje el desplazamiento y en el otro eje la carga leda.

Figura 3. Mquina de Ensayo de Traccin (Prensa Universal)

3.2 Materiales

Laboratorio de Resistencia de Materiales: Ensayo de Traccin Los materiales utilizados para este tipo de ensayo son aceros, aleaciones; en donde se deben tomar en cuenta las siguientes consideraciones: Son generalmente barras de seccin circular (normalizadas); por ejemplo un trozo de varilla industrial. Sus extremidades son de mayor seccin para facilitar la fijacin de la probeta a la prensa universal. En las probetas se hacen dos marcas entre las cuales se mide la longitud L (puntos calibrados). En la figura 4 se puede observar materiales antes de ensayar y en la figura 5 luego del ensayo.

Figura 4: Antes Figura 5: Despus Probeta de material de cobre utilizada para el Ensayo de Traccin o Tensin

4.- CONSIDERACIONES DEL ENSAYO 4.1 Construccin de la curva Esfuerzo Vs Deformacin Se toma una probeta al inicio del ensayo indicando las medidas iniciales necesarias estas son longitud y dimetro inicial (Figura 6).

Laboratorio de Resistencia de Materiales: Ensayo de TraccinFIGURA 6. Probeta al inicio del ensayo

Analizar las probetas despus de rotas, es posible medir dos parmetros: El alargamiento final Lf (Figura 7) y el dimetro final Df, que nos dar el rea final Af.

FIGURA 7. Probeta despus del ensayo de traccin

Estos parmetros se expresan como porcentaje de reduccin de rea %RA y porcentaje de alargamiento entre marcas % L:

% RA=

x 100

% L=

x 100

La curva Esfuerzo-Deformacin ( vs ); El esfuerzo que tiene unidades de fuerza dividido por rea, ha sido definido anteriormente, la deformacin unidimensional:

GRAFICA 3. Ejemplo de la construccin de una

Laboratorio de Resistencia de Materiales: Ensayo de TraccinGrafica esfuerzo vs deformacin