Escuela Politcnica NacionalFacultad de Ingeniera MecnicaLaboratorio de Anlisis de Esfuerzos y Vibraciones

Prctica N1: Ensayo de traccin en probetas metlicas de seccin circular y rectangular.Grupo: 3Nombre:Arias Padilla Walter Alonso100351041-7 GR3Garca Gavilnez Robinson Jos 020229568-9 GR3Fecha: 28/10/2014Objetivos: Aplicar los conocimientos hasta aqu adquiridos en Mecnica de Materiales I y usarlos en el desarrollo de la prctica para relacionar la teora con datos adquiridos en probetas reales. Conocer los procedimientos normalizados que se deben llevar cabo en una prueba destructiva de traccin, e interpretar y procesar la informacin obtenida a partir de la misma, para as determinar el comportamiento del material cuando es sometido a diferentes cargas axiales. Determinar aspectos importantes de la resistencia y el alargamiento de materiales sometidos a la traccin, que pueden servir para el control de calidad en piezas que trabajen con esfuerzos producidos por cargas uniaxiales, adems de comprobar que cumplan con las especificaciones adecuadas.

Resumen:El ensayo detraccinse realizaen una Mquina para EnsayosUniversaly la operacinconsisteen someter una probeta normalizada, en este caso normalizada por la norma ASTM E8, a una carga monoaxial gradualmentecreciente hasta que en el material ensayado ocurra la falla.Las probetas para ensayos de tensin se fabrican en unavariedadde formas. La seccintransversalde la probeta puede ser redonda, cuadrada orectangular. Para la mayora de los casos, en metales, se utiliza comnmente una probeta de seccin redonda. Para lminas y placas usualmente se emplea una probeta plana.Despus de realizar una prueba de tensin y de establecer el esfuerzo y la deformacin para varias magnitudes de la carga, se puede trazar un diagrama de esfuerzo-deformacin unitaria. Tal diagrama es caracterstico del material y proporciona informacin importante acerca de las propiedades mecnicas y el comportamiento tpico del material ante tales cargas.

Abstract:Tensile test is one of the most important tests for a material, because with a diagram we can see the characteristicof the material andhaveimportant information aboutthe mechanical properties andthe typical behaviorof the material undersuch loads. This test is performed on aUniversaltestingmachineandthe operation is to submit astandardizedtest tube, in this casestandardizedby ASTME8, a gradually increasinguniaxialloaduntil thetest materialfailure occurs.The specimensfortensile testingare manufactured inavarietyof ways.The cross section ofthe cylindermay be round,square or rectangular.For mostcases,in metal, is commonly usedacylinderof round section.Forsheets and platesusually useda flat specimen.After performinga stress testand determining thestress and strainfor various magnitudesof the load,you can drawthe diagram ofstress-strain.

Introduccin:Las probetas de ensayo para materiales metlicos se obtienen, generalmente por mecanizado de una muestra del producto objeto de ensayo, o de una muestra moldeada. En el caso de tratarse de productos que tengan una seccin constante (perfiles, barras, etc.) o de barras obtenidas por moldeo, se pueden utilizar como probetas las muestras sin mecanizar. La seccin de la probeta puede ser circular, cuadrada o rectangular. Generalmente las probetas de ensayo para materiales no metlicos se pueden preparar por prensado, por inyeccin o bien por arranque de viruta mediante corte de planchas. En general hay tres tipos de probeta: a) Plsticos rgidos y semirrgidosb) Plsticos no rgidos c) Materiales compuestos reforzadosEl ensayo consiste en deformar una probeta por estiramiento uniaxial y registrar dicha deformacin frente a la tensin aplicada. Se realiza en dinammetros o mquinas de traccin con velocidad regulable y un registro grfico. La probeta se coloca dentro de las mordazas tensoras, de manera que se adapten bien y tengan efecto de cua con accionamiento neumtico, hidrulico o manual. La fuerza inicial no debe ser demasiado alta, porque de lo contrario podra falsear el resultado del ensayo. As mismo se debe cuidar que no se produzca deslizamiento de la probeta. La mquina de ensayos est diseada para alargar la probeta a una velocidad constante y para medir continua y simultneamente la carga instantnea aplicada (con una celda de carga) y el alargamiento resultante (utilizando un extensmetro). El ensayo dura varios minutos y es destructivo, o sea, la probeta del ensayo es deformada permanentemente y a menudo rota. La velocidad de estiramiento ser siguiendo la norma ASTMLa evaluacin del ensayo se realiza a partir de las curvas tensin-deformacin. Los parmetros ms importantes son tensiones (en N/mm2 o en MPa), Mdulo de elasticidad y deformacin o alargamiento (en %). Veamos lo ms caracterstico: a) Tensin de traccin ().- Se calcula a partir de la fuerza de traccin soportada por la probeta dividida por su seccin transversal. b) Lmite elstico (y).- Es la mxima tensin que el material es capaz de mantener sin desviacin de la ley de Hooke, es decir es una medida de su resistencia a la deformacin elstica. Se expresa en fuerza por unidad de rea, generalmente MPa. c) Resistencia a la traccin (max).- Tensin mxima de traccin que ha soportado la probeta durante el ensayo. d) Tensin de traccin a rotura (R).- Tensin de traccin soportada por la probeta en el momento de su rotura. e) Modulo de elasticidad o Mdulo de Young.- Es la relacin entre la tensin realizada y la deformacin adquirida en el tramo lineal de la curva tensin-deformacin (regin elstica). Se calcula mediante la tangente a la recta en el tramo lineal. f) Alargamiento (l) y deformacin ().- l es el incremento en longitud producido por la tensin de traccin y se expresa en unidades de longitud, usualmente milmetros. La deformacin se define como l/l0, en donde l0 es la longitud original antes de aplicar la carga y no tiene unidades. A veces, la deformacin se expresa como porcentaje. Generalmente se calculan tres tipos de deformaciones: f1) deformacin en el lmite elstico (y) f2) deformacin a la tensin mxima (max) f3) deformacin a la rotura (R)

Materiales y EquiposMateriales: Probeta normalizada de acero de seccin circular (ASTM E8) Probeta normalizada de acero de seccin rectangular (ASTM A370)Equipos: Mquina universal de ensayos Calibrador digital Marcador Procedimiento:1. Verificar la calidad de los acabados y superficie de las probetas.2. Marcar en las probetas los puntos para la medicin de la elongacin en 50mm.3. Medir las dimensiones:Probeta de seccin circular: tomar tres medidas de largo y dimetro de la probeta con un calibrador.Probeta de seccin rectangular: tomar tres medidas de largo y ancho de la probeta con un calibrador.4. Comprobar las dimensiones de las probetas con las probetas con las requeridas en las normas utilizadas.5. Colocar las mordazas correspondientes para cada tipo de probeta en la mquina universal de ensayos (Tipo cua o circulares)6. Determinar la velocidad de carga segn los requerimientos de la norma.7. Encender la mquina universal de ensayos.8. Establecer la plantilla con la que se va a trabajar en el ensayo. Para este caso se encuentra creada una en la memoria del programa TEST NAVIGATOR con el nombre ASTM_E8_TRACCIN.9. Verificar que la mquina se encuentre en su posicin inicial (Return) y colocar la probeta en las mordazas.10. Encerar la carga en la mquina universal de ensayos.11. Iniciar el ensayo.12. Observar la fluencia del acero, y el encuellamiento de la probeta.13. Observar el tipo de falla de la probeta.14. Obtener del software de la mquina universal de ensayos las lecturas de deformacin y carga.15. Medir la longitud final entre las marcas realizadas en la probeta.16. Comparar los resultados obtenidos con las normas de los materiales ensayados.

Datos Obtenidos:Tabla 1. Datos de carga y deformacin

Datos obtenidos en el ensayo de traccin

(Probeta de acero)

CargaLectura delCargaLectura del

(Kg)extensmetro(lb) extensmetro

200171008,80

341271709,12

15382,9573309,9

54303,71738010,33

53304,14741010,5

52204,88744010,73

55705,23746010,95

59305,8749011,20

61706,22751011,4

62806,42756011,88

65006,9758012,2

66407,25768014,07

68107,74770015,58

69208,1770016,11

70408,56

Tabla 2. Datos de carga y longitudes entre las marcasProbetaDimetroLongitudLongitudCarga deResistencia

inicialfinalmximaa la traccin

(mm)(mm)(mm)(lb)(KSI)

Seccin circular11,875057,79770088,5

Clculos:Deformacin lineal:

Tabla 3. Cargas vs. Deformaciones lineales (P vs )Datos obtenidos en el ensayo de traccin

(Probeta de acero)

CargaLectura delCargaLectura del

(Kg)extensmetro(lb) extensmetro

200171008,80

341271709,12

15382,9573309,9

54303,71738010,33

53304,14741010,5

52204,88744010,73

55705,23746010,95

59305,8749011,20

61706,22751011,4

62806,42756011,88

65006,9758012,2

66407,25768014,07

68107,74770015,58

69208,1770016,11

70408,56

Figura 1. Curva Cargas vs. Deformaciones lineales (P vs )

Deformacin Unitaria: Esfuerzo:rea:Tabla 4. Esfuerzos vs. Deformacin unitaria ( vs )rea de la seccin transversal = 119.403 mm2

EsfuerzoDeformacinEsfuerzoDeformacin

(Kg/mm2)Unitaria (mm/mm)(Kg/mm2)Unitaria (mm/mm)

0036.14675580.0624

2.259172240.023238.40592810.0634

4.518344480.045640.66510030.0644

6.777516720.047442.92427250.0654

9.036688960.04945.18344480.0664

11.29586120.050447.4426170.0674

13.55503340.051649.70178930.0684

15.81420570.052851.96096150.0692

18.07337790.05454.22013370.0702

20.33255020.05556.4793060.071

22.59172240.056258.73847820.072

24.85089460.057260.99765050.0732

27.11006690.058463.25682270.0744

29.36923910.059468.58846920.1558

31.62841140.0606

33.88758360.0614

Figura 2. Curva Esfuerzos vs. Deformacin unitaria ( vs )

Anlisis de Resultados: Se puede observar muy claramente las diferentes zonas y esfuerzos en la grfica, pero el mdulo de elasticidad no se acerca a la realidad. La zona plstica es muy amplia por lo que el material ensayado es muy dctil, adems tiene una zona elstica tambin grande, por lo que no se deforma permanentemente muy fcilmente. La grfica muestra una zona elstica casi definida pero la zona plstica no se ve as El valor de resistencia a la traccin obtenido en los clculos se aproxima al obtenido en la prctica con un error de 1.58%.Preguntas:1. Elaborar un esquema de las dimensiones de las probetas ensayadas y compararlo con el esquema propuesto en las normas.

2. Si el porcentaje de elongacin del material se determina en longitudes mayores a dos pulgadas Este ser mayor menor o igual?Va a ser menor porque resta a la longitud final y despus se divide.3. Qu informacin aportan las lneas de Lder?Indican que se ha estirado a una probeta pulida de acero dulce o extradulce, estas lneas aparecen en la superficie al llegar a la plastificacin.

4. Qu mtodo se utiliza para determinar el esfuerzo de fluencia, cuando no se puede apreciar directamente en el ensayo?Se utiliza el lmite elstico, para determinarlo se procede as: Inicialmente se dibuja una lnea paralela a la parte elstica (lineal) de la grfica tensin deformacin a una deformacin de 0.002 (m/m pulg/pulg). En el punto donde la lnea intercepta con la parte superior de la curva tensin deformacin, se dibuja una lnea horizontal hasta el eje de tensin. El esfuerzo de fluencia convencional a un 0.2% es la tensin a la que la lnea horizontal intercepta con el eje de tensin. Debe aclararse que el 0.2% se elige arbitrariamente y podra haberse elegido otra cantidad pequea de deformacin permanente.5. Cmo diferenciar los tipos de falla dctil y frgil en el ensayo de traccin?, y Cmo son las fracturas tpicas por tensin en los metales?En una falla dctil un material se deforma notoriamente antes de romperse y adquiriendo una deformacin permanente, mientras que en una falla frgil el material no puede suportar niveles grandes de esfuerzo antes de romperse.

6. Comparar el comportamiento de materiales frgiles y dctiles sometidos a traccin.Los materiales que presentan la propiedad de deformarse sosteniblemente sin romperse, permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material se les denomina dctiles, los materiales no dctiles se los clasifica como frgiles. Aunque bajo un esfuerzo adecuado, los materiales dctiles tambin pueden llegar a romperse.La diferencia radica en su tipo de fractura: fractura frgil para los materiales frgiles y fractura dctil con forma de cuello de botella para materiales frgiles.

Figura 3. Diferencia de fractura: (a) frgil; (b) y (c) dctiles

7. Cmo es el diagrama real esfuerzo-deformacin unitaria, y cul es la diferencia con el diagrama ingenieril?

Figura 4. Diferencia entre la curva real (B) y la ingenieril (A)

La curva de esfuerzo-deformacin ingenieril no representa una indicacin precisa de los esfuerzos verdaderos y deformaciones verdaderas del material por que se basa en las dimensiones, rea y longitud de calibre originales del espcimen. Estas dimensiones cambian continuamente en el curso del ensayo de tensin, y el esfuerzo real o verdadero en un momento dado es mucho mayor que el representado por la curva ingenieril.8. Qu dispositivos de montaje se usaron en la prctica?Las mordazas para probetas de seccin circular.9. Por qu es indispensable que las probetas tengan las dimensiones propuestas por la norma utilizada?Es importante porque al seguir las especificaciones de la norma, los resultados se aproximarn ms a los datos idneos o reales del material, como por ejemplo encontrar un punto de fluencia igual o muy cercano al real, como sucedi en este caso.Las dimensiones de las probetas son diseadas tomando en cuenta varios factores como por ejemplo se elimina la presencia de concentradores de esfuerzos.

10. Comparar las curvas esfuerzo-deformacin unitaria para materiales metlicos y polimricos (explique mediante grficos).

11. Existe un cambio de propiedades mecnicas de la probeta despus de ser sometida a traccin?S existe un cambio en las propiedades de un material dctil ya que ha sido deformado plsticamente, lo que hace que sus planos se junten ms volvindolo un material con zonas frgiles, mientras que a un material frgil al someterlo a traccin como por naturaleza este material es duro y necesita de poca carga para romperse, no variarn sus propiedades mecnicas.12. Interviene en los resultados el acabado superficial de la probeta?S interviene, por ejemplo en la probeta ensayada se trataba de una varilla corrugada pero que su superficie haba sido trabajada hasta dejarla completamente lisa, estas corrugaciones han sido eliminadas porque aumentan la resistencia de la varilla, esto sera til si la varilla estuviera formando parte de una construccin, pero para el ensayo no es necesario este aspecto, ya que al aumentar la resistencia y ensayarla se obtendrn datos no acordes con el acero en cuestin.Conclusiones: Aunque ciertos requerimientos fundamentales pueden establecerse, las probetas para ensayos de tensin se hacen en una variedad de formas. La seccin transversal de la probeta es redonda, cuadrada o rectangular. Para los metales, si una pieza de suficiente grueso puede obtenerse de tal manera que pueda ser fcilmente maquinada, se usa comnmente una probeta redonda; para lminas y placas en almacenamiento se emplea una probeta plana. La porcin central del tramo es usualmente, de seccin menor que los extremos para provocar que la falla ocurra en una seccin donde los esfuerzos no resulten afectados por los dispositivos de sujecin. Cuando se coloca una probeta en una mquina, el dispositivo de sujecin debe revisarse para cerciorarse de que funcione debidamente. La velocidad del ensaye no debe ser mayor que aquella de la cual las lecturas de carga y otras pueden tomarse con el grado de exactitud deseado; los mtodos para especificar las velocidades de ensaye varan. Despus de que la probeta ha fallado, se le retira de la mquina de ensaye, y si se requieren valores de alargamiento, los extremos rotos de una probeta se juntan y se mide la distancia entre los puntos de referencia. La funcin de los dispositivos de montaje consiste en transmitir la carga desde los puentes de la mquina de ensaye hasta la probeta.

La zona plstica en la curva esfuerzo-deformacin se ve como una recta debido a la falta de valores intermedios de carga, lo que debiera ser una curva aparece como una recta, y debido a esto la tenacidad real del material debera ser mayor.

Recomendaciones: Los datos tomados deben ser realizados con mucha cautela, y cumpliendo con los intervalos establecidos para lograr acercarse a la curva esfuerzo-deformacin real. Al marcar los puntos de sujecin del extensmetro no presionar mucho ya que aumentaramos los esfuerzos que debe soportar la probeta al colocar concentradores de esfuerzos en ella

Referencias: RABANAL, Mara, Tecnologa de Materiales Industriales, U. Carlos III de Madrid,Traccin,25-29 MORENO, Jos, El mdulo resiliente, U.P. Catalunya, 2004, 28-44 http://www.unalmed.edu.co/~cpgarcia/mecanicas.PDF

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