ensayodetraccin-121204111254-phpapp02.pdf

Materiales Prcticas de laboratorio

1

PRACTICA 3:

ENSAYO DE TRACCIN

David Bueno Senz

Grado ingeniera mecnica

Grupo Laboratorio A-3


2

ENSAYO DE TRACCIN

OBJETIVO

Los objetivos de esta prctica consisten en:

Realizar un ensayo de traccin para poder caracterizar las propiedades

mecnicas de un metal mediante su comportamiento tensin-deformacin.

Familiarizarse con el empleo de estas tcnicas, la normativa existente para los

ensayos, las unidades de medida, los valores caractersticos, as como el empleo

de las grficas tensin-deformacin obtenidas en el ensayo.

MATERIAL

Probeta de chapa de acero F1140 (C45; Acero no aleado con un 0,45% de

carbono sin impurezas) segn la norma de caracterizacin del ensayo, de las

siguientes dimensiones:

L=100mm (Longitud de la zona de trabajo)

Lo=80mm (Longitud de la zona de trabajo con dimetro constante)

A=20mm (Anchura de la zona de trabajo)

S=40mm2 (Area)

l=10mm (distancia hasta la zona de trabajo)

Probeta cilndrica de acero F1140 (C45; Acero no aleado con un 0,45% de

carbono sin impurezas) segn la norma de caracterizacin del ensayo, de las

siguientes dimensiones:

L=100mm (Longitud de la zona de trabajo)

Lo=72,23mm (Longitud de la zona de trabajo con dimetro constante)

Radio=5mm

A=20mm (Anchura de la zona de trabajo)

l=13mm (distancia hasta la zona de trabajo)


3

L=72,32mm (Longitud de la zona de trabajo)

Imagen 1: Probeta plana empleada

Imagen 2 Probeta cilndrica empleada


4

Calibre

Maquina universal de traccin compresin y flexin esttica

Imagen 3: Maquina universal de traccin compresin y flexin esttica

Maquina universal de traccin compresin y flexin esttica (con control

electrnico)

Imagen 4: Maquina universal de traccin compresin y flexin esttica con

control electrnico


5

FUNDAMENTO

Para conocer las propiedades mecnicas de algunos materiales como los metlicos y

determinar as las cargas que pueden soportar, se efectan ensayos destructivos o no

destructivos para medir su comportamiento en distintas situaciones. Con estos ensayos

se pretenden obtener las curvas caractersticas de tensin-deformacin como mtodo de

caracterizacin de las propiedades mecnicas de los materiales.

El ensayo destructivo ms importante es el ensayo de traccin, en el cual se somete

a una probeta metlica esfuerzos de traccin hasta su rotura, midindose en todo

momento la carga aplicada y obtenindose los resultados en una curva tensin-

deformacin.

Se recurre para ello a una mquina universal de ensayos donde se coloca una

probeta fijada entre dos mordazas, una fija y otra mvil y se procede a medir la carga

mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza mvil. 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 la curva esfuerzo deformacin.

Nuestro acero (F1140) tiene una composicin del 0,45% de carbono lo que supone

por una sencilla regla de tres que su composicin ser de:

%56,5010089,0

45,0% ==PERLITA

%43,49% =FERRITA

Puesto q la perlita es el ms dctil y blando de los constituyentes de las aleaciones

hierro-Carbono, el alto ndice que presenta este acero parece indicar que este poseer

una buena tasa de alargamiento.


6

El ensayo de traccin puede realizarse tanto en una probeta de seccin circular como

en una probeta plana. Existe una normativa que especifica la metodologa de ensayo

segn se realiza de una u otra manera.

DESARROLLO DE LA PRCTICA

1 PARTE: ENSAYO CON PROBETA CILINDRICA

Se procedi a partir de las medidas tomadas de la probeta, segn el procedimiento

de ensayo que marca la normativa correspondiente a dividir la zona de trabajo en diez

partes iguales, segn las siguientes medidas:

mmLL

102

80100

20

=

=

cuya medida comparamos con la tabla 4 de la pgina 24

de la normativa para concluir que se hace necesario dividir los 80 mm en 10 partes

iguales de 8mm cada una mediante un rotulador.

Marcada la probeta, se procedi a montarla en la mquina para el ensayo de traccin

y se procedi a realizar el ensayo.

Al final del ensayo, la maquina nos proporciona una grfica de tensin-deformacin

sobre una escala de cuadros sin graduar y el valor del esfuerzo mximo soportado en kp.

2 PARTE: ENSAYO CON PROBETA PLANA

De igual forma, se procedi a partir de las medidas tomadas de la probeta, segn el

procedimiento de ensayo que marca la normativa correspondiente a dividir la zona de

trabajo en diez partes iguales, segn las siguientes medidas:


7

mmLL

132

68,27

2==

cuya medida comparamos con la tabla 4 de la pgina 24 de

la normativa para concluir que se hace necesario dividir los 80 mm en 10 partes iguales

de 7,23 mm cada una mediante un rotulador.

Marcada la probeta, se procedi a montarla en la mquina para el ensayo de traccin

y se procedi a realizar el ensayo.

Al final del ensayo, la maquina nos proporciona una grfica de tensin-deformacin

sobre una escala de cuadros sin graduar y el valor del esfuerzo mximo soportado en kp.

2 PARTE: ENSAYO EN MAQUINA ELECTRNIA

Esta tercera parte de la prctica se realiz en una jornada distinta y no consecutiva

por la falta de disponibilidad de la maquinaria en aquel momento. Su objetivo y

fundamento es el mismo que en el ensayo en el que utilizamos la mquina universal,

pero la diferencia en este caso es la capacidad de regulacin y obtencin de datos de

manera electrnica de este equipo con lo que se pueden ajustar de mejor manera la

relacin tiempo y esfuerzo aplicado y se obtienen unas curvas de tensin-deformacin

muy precisas.

Para esta ocasin se recurri tambin a una probeta cilndrica F-115 pero esta vez

templada con enfriamiento en agua, con lo que se podr observar tambin el efecto

sobre las propiedades mecnicas de un metal producido por el temple (incremento de la

dureza y resistencia as como un comportamiento m frgil)

Para ello se coloc la probeta entre las mordazas del equipo, ajustando su posicin

de manera simtrica en ambas partes, y se procedi a aplicar la carga de tensin hasta la

rotura de probeta (de la misma forma que con la mquina universal pero ajustando todos

los parmetros digitalizadamente mediante la electrnica en lugar de mediante ajustes

mecnicos)


8

RESULTADOS Y DETERMINACION DE LOS

PUNTOS SOBRE LA GRAFICA

Grfica 1: Resultados de ensayo de traccin con ambas probetas en la mquina

universal de ensayo

1 PARTE: ENSAYO CON PROBETA CILINDRICA

Imagen 5: Resultados de ensayo de traccin con la probeta cilndrica


9

Se obtuvieron las siguientes deformaciones:

Radio final: 4,3 mm

Con este valor procedemos a determinar el tanto por ciento de estriccin para lo

cual:

%191005

3,45100100(%)

2

022

2

022

0

0=

=

=

=

pi

pipi

pi

pipi

r

rr

S

SSZ

Determinado este valor procedemos a determinar el % de alargamiento, pora lo cual

recurrimos al procedimiento de la descripcin del ensayo (motivo por el cual se haban

realizado las divisiones en la probeta)

n es el nmero de marcas entra x e e incluido y=1 (se cuenta hacia el lado de mayor

longitud). En este caso N-n = 10 -1 = 9 con lo que se denomina como rotura impar y

entonces se determina el alargamiento como:

100(%)0

'''

++=

L

dddA

yzxzxy

Siendo

Y: punto de estriccin y ruptura.

Z: Marca a

2

1nNdivisiones de y (a cuatro divisiones en nuestro caso)

Z: Marca a +

2

1nNdivisiones de y (a cinco divisiones en nuestro caso)

Siendo n el nmero de marcas entra x e e incluido y=1

dxy: 1,70mm

dyz:34,75mm

dyz:43,24mm

%15,1010032,72

32,7224,4372,347,1(%) =

++=A


10

Procedemos ahora a determinar la resistencia a la traccin a partir del esfuerzo

mximo soportado, mostrado por su valor en el punto F (obtenido en las grficas

anteriormente expuestas de tensin deformacin) y la seccin:

MpaN

S

FTs 412

1085,7

8,9330005

0

max=

==

Con el valor de el esfuerzo mximo, contando el nmero de divisiones en las escala

de la grfica y dividiendo su magnitud por este determinamos el valor en kP que

corresponde a cada divisin y as podemos determinar otros valores con posterioridad.

kPdivisiones

kpionValordivis 6,84

39

3300==

Ahora para poder determinar el lmite elstico segn las condiciones del punto B de

la grafica en las que se considera una deformacin mxima del esfuerzo aplicado es de

27 x 84,6 = 2284,62 kP o 2284,62*9,8=22389,276 N.

Para determinar el mdulo elstico recurrimos al punto A, en el cual se sabe que la

deformacin es de 2mm y la tensin se determina multiplicando el numero de

cuadrculas por el esfuerzo que representa cada una, 10 x 86,4 = 864 Kp o

864*9,8=8467,2 N

En cuanto a la deformacin, si atendemos al eje de abcisas podemos contar 50

divisiones hasta el punto de rotura F para el cual el dimetro final es de 7,34 que

dividido por el nmero de divisiones concluimos que cada divisin representa 7,34/50 =

0,146 mm que multiplicado por dos supone la deformacin en este punto.

GpaN

LL

SFE 55,29

80/146,02

1085,7/2,8467/ 05

0

0max=

==


11

2 PARTE: ENSAYO CON PROBETA PLANA

Imagen 6: Resultados de ensayo de traccin con la probeta plana

Se obtuvieron las siguientes deformaciones:

Radio final: 4,3 mm

Con este valor procedemos a determinar el tanto por ciento de estriccin para lo

cual:

%191005

3,45100100(%)

2

022

2

022

0=

=

=

=

pi

pipi

pi

pipi

r

rr

S

SSZ

Determinado este valor procedemos a determinar el % de alargamiento, pora lo cual

recurrimos al procedimiento de la descripcin del ensayo (motivo por el cual se haban

realizado las divisiones en la probeta)

n es el nmero de marcas entra x e e incluido y=1 (se cuenta hacia el lado de mayor

longitud). En este caso N-n = 10 -4 = 6 con lo que se denomina como rotura par y

entonces se determina el alargamiento como:


12

1002

(%)0

0

+=

L

LddA

xzxy

Siendo

Y: punto de estriccin y ruptura.

z=6/2=3 posicion de z (a tres intervalos de la divisin y)

Siendo n el nmero de marcas entra x e e incluido y=1

dxy: 43mm

dyz:23mm

%25,1110080

8023*243(%) =

+=A

Procedemos ahora a determinar la resistencia a la traccin a partir del esfuerzo

mximo soportado mostrado por su valor en el punto F (obtenido en las grficas

anteriormente expuestas de tensin deformacin) y la seccin:

MpaN

S

FTs 5,220

10.40

8,99006

0

max=

==

Con el valor de el esfuerzo mximo, contando el nmero de divisiones en las escala

de la grfica y dividiendo su magnitud por este determinamos el valor en kP que

corresponde a cada divisin y as podemos determinar otros valores con posterioridad.

kPdivisiones

kpionValordivis 5,37

24

900==

Ahora para poder determinar el lmite elstico segn las condiciones del punto B de

la grafica en las que se considera una valor de esfuerzo aplicado de 22 x 37,5 = 825 Kp

o 825*9,8=8085N.

Para determinar el mdulo elstico recurrimos al punto A, en el cual se sabe que la

deformacin es de 2mm y la tensin se determina multiplicando el numero de

cuadrculas por el esfuerzo que representa cada una, 10 x 37,5 = 375 Kp o

375*9,8=3675N


13

GpaN

LL

SFE 17,25

80/146,02

1040/3675/ 6

0

0max=

==

3 PARTE: ENSAYO EN MAQUINA DE REGULACIN

ELECTRNICA

Como ya hemos comentado, esta tercera parte se realiz en otra jornada, nicamente

de manera informativa (sin atender a los valores de deformacin) de manera que se

pudiese obtener la curva caracterstica en formato digital para identificar con una mayor

precisin, que en la mquina de ensayo universal, los valores caractersticos.

Se obtuvo la siguiente grfica en la cual es fcilmente identificable e incluso

mostrado numricamente el valor de la tensin mxima, la deformacin mxima, la

carga de rotura, carga elstica rigidez y tiempo de ensayo.


14

Grfica 2: Resultados de ensayo de traccin con probeta cilndrica en mquina

electrnica

De esta grfica se pueden obtener los valores caractersticos de la siguiente forma:

Alargamiento: 100100

719,14100(%) =

=

I

IF

L

LLA =14,719 %

Resistencia a la traccin: RT= NkpMAX 8,178948,918261826 === (observado en

la grfica)

Lmite elstico: LE=1537 kp = 1537 * 9,8 = 15062,6 N (observado en la grfica)

GpaMpaN

LL

SFE 303,112,1303

100/719,14

1053,78/6,15062/ 6

0

0max==

==


15

CONCLUSIN

Mediante el ensayo de compresin hemos conseguido:

1. Caracterizar y diferenciar las propiedades mecnicas de algunos materiales

distintos frente a cargas de traccin concluyendo en:

a. Determinacin de los valores de estriccin y alargamiento de

prcticamente igual magnitud por ambos mtodos (distintas probetas)

utilizando el mismo material.

b. Determinacin de los valores caractersticos de las curvas en cada uno de

los ensayos como la tensin de ruptura y la tensin de lmite elstico a

partir de la cual el material mostrar un comportamiento plstico. Se

observa, en ambos casos que para la probeta cilndrica (con mas cantidad

de material) lgicamente la magnitud de la tensin de ruptura es mayor.

c. Determinar como valor caracterstico del comportamiento de estos

metales (medidos sobre la zona predictible o de comportamiento lineal)

el mdulo elstico o mdulo de young.

2. Familiarizarnos con estas tcnicas de ensayo, sus fundamentos y objetivos.

3. Familiarizarnos un poco ms con el empleo de herramientas en el laboratorio y

las nuevas tcnicas y tecnologas aplicadas a estos ensayos.

4. Observar el efecto del tratamiento trmico (temple) sobre las propiedades

mecnicas de los metales; incremento de la dureza y resistencia as como

perdida de ductilidad (material mas frgil y rgido)

ensayodetraccin-121204111254-phpapp02.pdf

Documents

Transcript of ensayodetraccin-121204111254-phpapp02.pdf