PRUEBA DE TRACCIN A UN ELEMENTO RIGIDO DE SECCIN CIRCULAR DE ACERO A36 Y 1018

ResumenUna prueba de traccin es una prueba que se le hace a los materiales de ingeniera para saber sus propiedades y caractersticas cuando se someten a fuerzas axiales que generan esfuerzos dentro del material. El proceso de ensayo o prueba se realiza mediante una mquina universal de pruebas, y el material se analiza en una probeta de extensin y seccin transversal normalizadas. El resultado de esta prueba es una grfica del comportamiento del material ante una fuerza axial; el proceso comprende desde carga nula hasta la mxima carga que puede soportar la probeta hasta romperse.Los resultados arrojados en esta prueba sirven para saber los esfuerzos permisibles de un material, y as poder disear un elemento seguro, que nos d la certeza que resistir las cargas aplicadas sobre l.Con este tipo de pruebas podemos fcilmente corroborar el resultado de muchos ensayos que se encuentran en las tablas de especificaciones de los materiales, y aunque los resultados estn por encima de los registros ya existentes, los datos arrojados por este tipo de pruebas son verdicos, siempre y cuando la prueba se realice correctamente.

IntroduccinLas pruebas de traccin es un mtodo para determina el comportamiento de materiales bajo cargas de estiramiento axial. Los datos del ensayo se usan para determinar el lmite elstico, el alargamiento, el modulo elstico, el lmite proporcional, la reduccin del rea, la resistencia a la traccin, el punto de fluencia, el esfuerzo de fluencia y otras propiedades de traccin.El objetivo de esta prueba es obtener una curva de esfuerzo-deformacin.EsfuerzoEl esfuerzo es la fuerza que experimenta un cuerpo en determinada rea . Se calcula con la siguiente frmula:

DeformacinLa elongacin es el cambio de longitud de un cuerpo que experimenta fuerzas axiales; la deformacin , por otro lado es la elongacin por unidad de longitud. Se calcula dividiendo la elongacin sobre la longitud inicial de la probeta.

Tenacidad: Es la energa que absorbe un material antes de la ruptura; en otras palabras, es la resistencia de un material a la deformacin.Ductilidad: Es la capacidad de un material a experimentar deformacin por cargas elevadas sin llegar a la ruptura.Lmite de proporcionalidad: Marca el esfuerzo mximo que puede soportar un elemento para que la deformacin sea proporcional a este. Antes de este lmite la Ley de Hook es vlida. Con la ayuda de la Ley de Hook podemos encontrar el mdulo de Young o mdulo elstico .

Mdulo de Young: Es la pendiente de la recta en la zona elstica.Lmite de cedencia: Marca el punto donde el material se comporta de manera plstica.Esfuerzo mximo: Es el punto en donde el material ya no soporta ms la traccin y empieza a estirarse an con baja fuerza ejercida. Es el punto ms alto de la grfica esfuerzo-deformacin.Punto de ruptura: Es el punto donde el material se rompe, es el punto ltimo de la grfica esfuerzo-deformacin.Zona elstica: En esta zona el esfuerzo es proporcional a la deformacin, y el material puede restituir su forma si se le retira la carga.Zona plstica: En esta zona el esfuerzo no es proporcional a la deformacin. Y el material experimenta deformacin-permanente.

El objetivo general de la prctica fue determinar la grfica esfuerzo-deformacin de dos probetas normalizadas de acero e identificar dentro de la grfica los lmites de proporcionalidad, esfuerzo mximo, esfuerzo de cedencia y esfuerzo de ruptura.El objetivo especfico para cada probeta analizada es el de calcular su ductilidad, la tenacidad a la fractura, el mdulo de Young y obtener una ecuacin paramtrica para la zona elstica y plstica.Materiales, Equipo y MetodologaMaterialesEn esta prctica se utilizaron dos probetas de pulgada de dimetro, de los siguientes materiales: Acero A36 "hot rolled". Acero 1018 "cold rolled".Las dos probetas contaron con una seccin media normalizada de pulgada de dimetro que fue maquina a lo largo de 2 pulgadas, y sobre dicha seccin se gradu una lnea de 5 centmetros para medir la elongacin que sufrieron las probetas al realizar la prueba.

Probetas de Acero A36 y 1018, con su seccin normalizada.EquipoPara la prueba, se utiliz una mquina universal de pruebas "Galdabini", que contaba con dos pares de mordazas para sostener la probeta. Para la grfica se utiliz un bolgrafo color azul y una hoja blanca tamao carta.

Mordazas desmontadas con su sujetador.La mquina universal de pruebas contada con una caratula donde se poda observar la carga aplicada, adems esta caratula tena integrada una manecilla mvil que era arrastrada por la manecilla de la carga y una manecilla que delimitada la carga total aplicada. Esta manecilla tena opcin de escala para las lecturas.

Mquina universal de pruebas Galdabini utilizada para ensayos de tensin.

Cartula de la mquina universal de pruebas, con la manecilla motriz, la manecilla mvil, y la manecilla delimitadora de carga.Para la grfica, la maquina cuenta con un graficador que mova en conjunto con la manecilla motriz, se le coloc una hoja blanca y un bolgrafo azul para que se graficara la curva arrojada por la mquina.

Graficador de la mquina universal de pruebas.MetodologaPara realizar la prctica lo primero que se realiz fue montar las mordazas en sus respectivos lugares, con ayuda del sujetador, se observ bien la geometra de cada par, esto para poder montarlas en su sitio correspondiente. Se colocaron primero las mordazas inferiores y despus las mordazas superiores.

Montaje de las mordazas inferior y superior, respectivamente.Una vez montadas las mordazas se eligi una de las dos probetas para la prueba, a cada probeta de le hizo una graduacin a lo larga de 5cm, con marcas cada centmetro, esto se hizo para poder medir despus la elongacin total que sofro la probeta.Una vez graduada la probeta, se mont en las mordazas de la mquina universal de pruebas.

Probeta montada en la mquina con vista a la graduacin.A la hoja para graficar se le dibujaron los ejes que representan la fuerza aplicada en toneladas y la elongacin de la probeta durante la prueba. As mismo se le hicieron divisiones en el eje de la fuerza con graduaciones que representaban 1.2 toneladas cada una.

Hoja para la grfica con las marcas de los ejes, horizontalmente se puede apreciar el eje que representa la fuerza aplicada con marcas cada 1.2 toneladas.Para saber que escala utilizar en la caratula y en la graduacin de la hoja se investig cul es el esfuerzo ultimo para cada probeta, los esfuerzos fueron: 400 MPa para el acero A36 hot rolled. 440 MPa para el acero 1018 cold rolled.Estos datos fueron obtenidos de las tablas de propiedades ms comunes de los materiales y de informacin de fabricantes de acero.Con los datos anteriores se pudo calcular la fuerza necesaria para la ruptura de la probeta, la cual fue: 5.165 ton para el acero A36 hot rolled. 5.682 ton para el acero 1018 cold rolled.Una vez obtenidas las fuerzas mximas que se emplearn, se pudo obtener un criterio para elegir la escala, en este caso se eligi la escala de 12 toneladas, para que la ruptura ocurriera en el centro de la cartula, y por lo tanto se gradu la hoja con marcas de 1.2 toneladas.Se verific que la mquina estuviera calibrada para 12 toneladas, esto se hizo revisando en la parte posterior un disco metlico el cul deba estar en posicin para 12 toneladas y ser un contrapeso para esta fuerza.

Posicin del contrapeso en 12 toneladas, y disco correcto para carga de 12 toneladas.Una vez que la mquina estuvo lista se comenz la prueba girando la vlvula de regulacin de carga.

Lo que experiment la perilla su una traccin en uno de sus extremos, en el cabezal mvil de la mquina de pruebas. La mquina registr los cambios en la carga conforme la probeta se estiraba, hasta su ruptura.

Estados de la probeta de durante la prueba, durante la zona elstica, durante la zona plstica y despus de la ruptura, respectivamente.Despus de la ruptura se midi la elongacin que sufri cada probeta y se obtuvo la grfica de fuerza-elongacin.

Grfica de fuerza-elongacin arrojada por la mquina universal de pruebas, para el acero 1018 cold rolled.

Comparacin de una probeta de acero 1018 despus de la prueba y antes de la prueba de tensin, en ella se puede apreciar la elongacin sufrida y el lugar de ruptura.

Comparacin entre la probeta de acero 1018 (arriba) y la probeta de acero A36 (abajo) despus de la prueba de traccin.Una vez realizada la prueba podemos interpretar las grficas para encontrar su esfuerzo mximo, su lmite de proporcionalidad, su punto de cedencia, y ver como se comporta en su zona elstica, as como en su zona plstica.

ResultadosSe tabularon varios puntos de cada grfica y se obtuvo una tabulacin con una serie de esfuerzos, y su elongacin. Con esta tabla y el rea de la seccin inicial, se obtuvieron los esfuerzos durante la prueba, adems se obtuvo la deformacin durante cada punto tabulado, para poder realizar las curvas fuerza-elongacin y esfuerzo-deformacin.Acero 1018 Cold RolledFuerza[kg]Elongacin[mm]Fuerza[N]Elongacin[mm]Esfuerzo[N/mm]Deformacin[mm]

00.000.00.000.000.000

12000.6611772.00.6692.930.013

24001.3223544.01.32185.860.026

36001.6535316.01.65278.790.033

48001.9847088.01.98371.720.040

60002.3158860.02.31464.650.046

72002.6470632.02.64557.580.053

76502.9775046.52.97592.420.059

78003.3076518.03.30604.040.066

80003.6378480.03.63619.530.073

81505.0079951.55.00631.150.100

80005.3578480.05.35619.530.107

76006.0074556.06.00588.550.120

72006.5070632.06.50557.580.130

68007.1566708.07.15526.600.143

64007.6062784.07.60495.620.152

60007.8558860.07.85464.650.157

54008.0052974.08.00418.180.160

Probeta Acero 1018 Cold Rolled

Li50mm

rea126.68mm

Lo58mm

8mm

De la tabla anterior podemos observar e identificar los siguiente puntos. Esfuerzo Mximo: 631.15 N/mm Lmite de proporcionalidad: 557.58 N/mm Punto de cedencia: 592.42 N/mm Punto de ruptura: 418.18 N/mm

Acero A36 Hot RolledFuerza[kg]Elongacin[mm]Fuerza[N]Elongacin[mm]Esfuerzo[N/mm]Deformacin[mm]

00.000.00.000.000.000

12001.2011772.01.2092.930.024

24001.5023544.01.50185.860.030

36001.8035316.01.80278.790.036

48002.1047088.02.10371.720.042

51802.3050815.82.30401.150.046

46002.3045126.02.30356.230.046

48002.4047088.02.40371.720.048

48002.8047088.02.80371.720.056

60004.1058860.04.10464.650.082

72008.3070632.08.30557.580.166

726010.1071220.610.10562.220.202

720012.2070632.012.20557.580.244

680013.6066708.013.60526.600.272

640014.4062784.014.40495.620.288

600014.9058860.014.90464.650.298

560015.5054936.015.50433.670.310

520015.8051012.015.80402.690.316

512516.0050276.316.00396.890.320

Probeta Acero A36 Hot Rolled

Li50mm

Area126.68mm

Lo66mm

16mm

De la tabla anterior podemos observar e identificar los siguiente puntos. Esfuerzo Mximo: 562.22 N/mm Lmite de proporcionalidad: 371.72 N/mm Punto de cedencia: 401.15 N/mm Punto de ruptura: 396.89 N/mm

DiscusinEn esta prctica podemos observar que los datos que te proporcionan los fabricantes, son un aproximado, esto es debido a que los fabricantes hacen una serie de pruebas a un mismo material y obtienen un valor promedio de sus resultados, sin embargo cuando hacemos la prueba a un solo material obtendremos un valor aproximado a los resultados que se obtendran a otra probeta del mismo material, esto debido a que dos probetas nunca sern exactamente del mismo material y no fallarn en el mismo punto.Sin embargo podemos considerar vlidos los resultados que nos arroj la prctica por que nos aproximamos a los valores obtenidos de tablas.Tambin podemos observar que los valores de nuestra probeta sobrepasaron los valores nominales, esto lo podemos explicar debido a que existen factores de seguridad que nos aseguran que el material soportar dicha carga propuesta nominal.

ConclusionesCon esta prctica pudimos ver como se realiza una prueba de traccin donde la grfica es hecha mecnicamente, a diferencia de las pruebas donde se involucra una computadora, este tipo de pruebas requiere de ms atencin a la hora de graficar, porque al realizar la escala en la grfica ciertas graduaciones no estuvieron equitativamente distanciadas por lo que en la curva dibujada no se puede apreciar realmente como es la zona elstica. Sin embargo esos errores se puede corregir a la hora de hacer que presentamos una curva de tendencia.Es de considerarse importante el realizar este tipo de pruebas debido a que nos arrojar informacin importante sobre un material a la hora de disear una pieza con l.

BibliografaFitzgerald, Robert W., "Mecnica de Materiales". Editorial Alfaomega. Edicin Revisada.Schey, John A., "Procesos de Manufactura". Editorial McGraw-Hill. Tercera Edicin. Mxico, 2002.Singer, Ferdinand L. y Pytel, Andrew, "Resistencia de Materiales". Editorial Alfaomega. Cuarta Edicin. Mxico, 2008.Mott, Robert L., "Diseo de Elementos de Mquinas" Editorial Pearson. Cuarta Edicin. Mxico, 2006. Budynas, Richard G. y Nisbett J. Keith. "Diseo en ingeniera mecnica de Shigley". Editorial McGraw-Hill. Octava Edicin. Mxico.