Práctica 6:

ENSAYO DE

TRACCIÓN I y

II

28/11/2016

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Asignatura: Ciencia de Materiales

Curso: 2ºA

Alumno: Miguel Alonso Jalón

INTRODUCCIÓN

El ensayo a tracción es la forma básica de obtener información sobre el comportamiento

mecánico de los materiales. Mediante una máquina de ensayos se deforma una probeta

del material a estudiar, aplicando la fuerza uniaxialmente en el sentido del eje de la

muestra. A medida que se va deformando la muestra, se va registrando la fuerza

(carga), llegando generalmente hasta la fractura de la pieza. Así pues, el resultado

inmediato es una curva de carga frente a alargamiento, que transformados en tensión

y deformación, en función de la geometría de la probeta ensayada, aportan una

información más general.

OBJETIVOS

El objetivo inmediato es el de ilustrar las propiedades mecánicas de los materiales que

se obtienen a partir del ensayo de tracción.

Otros objetivos son:

- Conocer cómo se fijan las condiciones de ensayo, cómo se realiza el ensayo y

qué información se puede extraer a partir de los datos registrados y cómo.

- Utilizar un Máquina de Ensayos Mecánicos y tener una visión de su potencial,

versatilidad y posibilidades para caracterizar mecánicamente los materiales.

TEORÍA

El ensayo de tracción es uno de los ensayos destructivos más utilizados. El fundamento

de este ensayo es someter a una probeta normalizada a esfuerzos progresivos y

crecientes de tracción en dirección axial hasta que llegue a la deformación y

seguidamente a la rotura. Un esfuerzo axial es aquel que es debido a fuerzas que actúan

a lo largo del eje del elemento.

Este ensayo, mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada

lentamente. Las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy

pequeñas.

En un ensayo de tracción, podemos determinar diferentes características de los

materiales elásticos como son:

- Módulo de elasticidad: También conocido como “Módulo de Young”, es el

resultado de dividir la tensión por la deformación unitaria, dentro de la región

elástica de un diagrama esfuerzo-deformación.

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- Coeficiente de Poisson: Cuantifica la razón entre el alargamiento longitudinal y

el acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza.

- Límite de proporcionalidad: Valor de la tensión por debajo de la cual el

alargamiento es proporcional a la carga aplicada.

- Límite de fluencia: Valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de

producirse el fenómeno de fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de

transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un

rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga

aplicada.

- Límite elástico: Valor de la tensión a la que se produce un alargamiento prefijado

de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado. Es la

máxima tensión aplicable sin que se produzcan deformaciones permanentes en

el material.

- Carga de rotura: También conocida como resistencia a la tracción, es la carga

máxima resistida por la probeta dividida entre la sección inicial de la probeta.

- Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se

mide entre dos puntos cuya posición esta normalizada y se expresa en tanto por

ciento.

- Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura.

REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA

- Material

El material que vamos a utilizar es un acero F-114: Se trata de un acero al carbono de

uso general, es utilizado para piezas con una resistencia media de 650-800 en estado

bonificado, es apto para el temple superficial, este tipo de material suele suministrarse

en bruto como laminación, aunque es posible encontrar formas cilíndricas.

También será necesario utilizar un calibre o un pie de rey para tomar las medidas de

los diámetros, así como de las longitudes de nuestras probetas, antes y después del

ensayo.

La parte más importante de la práctica se realizara con la máquina de tracción. La

máquina que utilizaremos será la maquina universal de tracción, compresión y fluencia,

cuyo embolo produce tracciones, compresiones y flexiones a voluntad, aplicando las

cargas deseadas a la probeta colocada y sujeta en la máquina por medio de las

mordazas adecuadas. Esta máquina es la que produce la rotura en las probetas y de

donde obtendremos la gráfica F (Kp)- Al (mm).

- Procedimiento y cálculos

El ensayo lo realizaremos con dos probetas diferentes, una cilíndrica y otra de chapa.

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Probeta cilíndrica

Las probetas son normalmente barras de sección regular y constante, casi siempre

circular, aunque sus extremidades son de mayor sección, para poder fijarlas a la

máquina de tracción. En las probetas se hacen dos marcas entre las cuales se mide la

longitud. Lo primero que debemos calcular, será la longitud y la sección de la probeta,

operación que realizaremos con ayuda del calibre.

Medimos y obtenemos:

- Ø=10 mm

- L=98 mm

mmSkl 34,72516,8 2

00

Una vez conocidas las medidas de la probeta, debemos prepararla para realizar el

ensayo. Debemos marcar la distancia L0 tal como indica la figura, la distancia desde la

cabeza de la probeta hasta L0 se calcula de la siguiente manera.

mmmmmmlL

d 84,122

34,7298

2

0

Una vez calculada la distancia hasta 𝐿0, debemos dividir 𝐿0 en 12 partes iguales para

luego poder comprobar por donde rompe la probeta tras realizar el ensayo.

Cuando la probeta este lista, debemos colocarla en la maquina ajustándola con unos

adaptadores circulares y se pondrá un bolígrafo y papel milimetrado para obtener el

diagrama de fuerza-alargamiento de nuestro ensayo.

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Una vez puesta en marcha la máquina, vemos como la probeta se va alargando y

deformando hasta llegar a su rotura. Cuando la probeta se ha roto, observamos la carga

máxima, en nuestro caso nos ha dado una carga máxima de 3650 Kp.

Para obtener los resultados nos fijamos por donde se ha roto la probeta, en nuestro

caso, como se ha roto fuera del terco central de la misma, cogemos la menor distancia

desde donde se ha roto al punto de calibración A. Para calcular el alargamiento en una

probeta que no rompe por el tercio central hacemos lo siguiente:

Desde donde se ha roto se coge la mínima distancia al punto de calibración (A).

- Llevamos esa distancia al otro lado obteniendo B.

- Contamos el número de divisiones entre A y B (n).

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Según sea la diferencia N-n la rotura es par o impar:

73-12n-N rotura Tipo Rotura impar

El alargamiento se calcula a partir de la siguiente ecuación:

%9.3634,72

34,72405.3317.25100

"'%

0

0

mm

mmmmmmmm

l

ldBcdBcdABA

Donde

- mmdAB 17.25

- AB es el número de divisiones

- 2

1'

nNc divisiones de B =5

- 2

1"

nNc divisiones de B =6

La resistencia mecánica es:

2

2/47.46

)5(

3650mmKp

mm

Kp

S

FRm

INICIAL

MAX

El límite elástico:

𝑒𝑔𝑦 =𝐹𝑅𝑒𝑎𝑙(𝑘𝑝)

𝐹𝐺𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑎(𝑚𝑚)=

3650

44𝑚𝑚= 82.95 𝐾𝑝 𝑚𝑚⁄

𝐿. 𝐸. = 𝑑𝐵 𝐺𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑎 ∗ 𝑒𝑔𝑦 = 40 ∗3650

44= 3318 𝐾𝑝

Módulo de elasticidad:

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mmgráfimm

realesmmeL gxA 69.0

cos)(21

)(3.729.86221

22

0

0 /45.1660

34,72

69.0

53,78

3318

mmKp

mm

mm

mm

Kp

l

L

S

F

E

Tensión de rotura:

KpeFR gyF 9.348344

3650420

Sección final:

2

2

2 81,522

2,8mm

mmrSF

Estricción:

𝑍 =𝑆0 − 𝑆𝑓

𝑆0∗ 100 =

𝜋 ∗ 52 − 𝜋 ∗ 4,12

𝜋 ∗ 52∗ 100 = 32,76%

Gráfica obtenida

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Probeta de chapa

La preparación de esta práctica será igual que la anterior, por

lo tanto lo primero en hacer será calcular su longitud y su

sección, pero no sección circular como en el caso anterior,

sino el grosor y la anchura.

Obtenemos que:

- L=100 mm

- l0=80 mm

- e=2 mm

- b=20 mm

Donde “e” es el espesor, “b” la altura y “l0” la distancia entre

las marcas.

Como en la probeta cilíndrica, calcularemos la distancia que

tiene que haber entre la cabeza de la probeta y l0.

mmmmmmlL

d 1302

80100

2

0

Al igual que antes, dividiremos L0 en 10 partes, igual que en la

probeta cilíndrica. Seguido de esto colocaremos la probeta de

chapa en la maquina con los accesorios adecuados y

someteremos la probeta a la máquina. Colocaremos el papel

milimetrado en el tambor, ajustaremos la maquina a la misma

velocidad que antes, 35mm/min y le daremos marcha.

Tras el ensayo, el medidor marca una fuerza máxima de

525 Kp cuando la probeta ha roto. Según sea la diferencia N-n la

rotura es par o impar:

𝑇𝑖𝑝𝑜 𝑟𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑁 − 𝑛 = 10 − 6 = 4 → 𝑅𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑝𝑎𝑟

Con esto calculamos el alargamiento

%75,3310080

80107100%

0

00

mm

mmmm

l

llA F

Donde

- BCABl F 20

- AB es el número de divisiones

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- 2

nNBC

Marcamos el punto C y medimos con el calibre AB y BC y lo

sustituimos en la fórmula.

mmmmBCABl F 10721*26520

La resistencia mecánica es:

2/75,18202

525mmKp

mmmm

Kp

be

F

S

FRm MAX

INICIAL

MAX

El límite elástico:

𝑒𝑔𝑦 =𝐹𝑅𝑒𝑎𝑙(𝑘𝑝)

𝐹𝐺𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑎(𝑚𝑚)=

525

24𝑚𝑚= 31,25 𝐾𝑝 𝑚𝑚⁄

𝐿. 𝐸. = 𝑑𝐵 𝐺𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑎 ∗ 𝑒𝑔𝑦 = 19𝑚𝑚 ∗525𝐾𝑝

24𝑚𝑚= 415,75 𝐾𝑝

Módulo de elasticidad:

mmgráfimm

realesmmeL gxA 10,3

cos)(69

)(107221

22

0

0 /645,483

80

10,340

525

mmKp

mm

mmmm

Kp

l

L

S

F

E

Tensión de rotura:

KpeFR gyF 25.48124

525220

Gráfica obtenida

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