4.1. ENSAYO DE TENSION UNIAXIAL Uno de los ensayos mecnicos esfuerzo-deformacin ms comunes es el realizado a traccin (tambin conocido como tensin). El ensayo de traccin puede ser utilizado para determinar varias propiedades de los materiales que son importantes para el diseo. Normalmente se deforma una probeta hasta la rotura, con una carga de traccin que aumenta gradualmente y que es aplicada uniaxialmente a lo largo del eje de la probeta. En la figura 6.2, se muestra una probeta de traccin normalizada. Generalmente la seccin de la probeta es circular, pero tambin se utilizan probetas de seccin rectangular. Durante el ensayo, la deformacin esta confinada en la regin ms estrecha del centro, la cual tiene una seccin uniforme a lo largo de su longitud. El dimetro normalizado es aproximadamente igual a 12,8 mm (0,5 pulg.), mientras que la longitud de la seccin reducida debe ser igual a por lo menos cuatro veces su dimetro, siendo usual 60 mm. La longitud de prueba se utiliza en el clculo de la ductilidad. El valor normalizado es 50 mm (2,0 pulg.). La probeta se monta con sus extremos en las mordazas de la maquina de ensayos (fig. 6.3). Esta se disea 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 de forma permanente y a menudo rota. El resultado del ensayo de traccin se registra en una banda de papel como carga en funcin del alargamiento. Estas caractersticas de carga- deformacin dependen del tamao de la probeta. Por ejemplo, se requerir el doble de la carga para producir el mismo alargamiento si el rea de la seccin de la probeta se duplica. Para minimizar estos factores geomtricos, la carga y el alargamiento son normalizados para obtener los parmetros tensin nominal y deformacin nominal, respectivamente. La tensin nominal se define mediante la reaccin

En donde F es la carga instantnea aplicada perpendicularmente a la seccin de la probeta, en unidades de newton (N) o libras fuerzas (Ibf), y A0 es el rea de la seccin original antes de aplicar la carga (m2 o pulg2). Las unidades de tensin nominal (de aqu en adelante denominada simplemente tensin) son libras fuerzas por pulgada cuadrada, psi (unidades del sistema U.S.) o bien megapascales, Mpa (SI); 1Mpa = 106 N/M2. La deformacin nominal se define como:

En donde l0 es la longitud original antes de aplicar la carga, y li es la longitud instantnea. Algunas veces la cantidad li-l0 se indica simplemente mediante l, y

es el alargamiento producido por la deformacin, o cambio en la longitud en un instante determinado, con respecto a la longitud inicial. La deformacin nominal(a partir de ahora llamada simplemente deformacin) no tiene unidades, aunque a menudo se utiliza pulgadas por pulgadas o bien metros por metro; el valor de la deformacin obviamente es independiente del sistema de unidades. A veces, la deformacin se expresa como porcentaje, esto es, el valor de la deformacin multiplicada por 100. APLICACIN PRACTICA 1. OBJETIVO GENERAL Identificar la relacin que existe entre el esfuerzo y la deformacin del material, para su posterior relacin con las propiedades mecnica, a partir de un ensayo de tensin sobre probetas de diferentes materiales. 1.1 Objetivos particulares

El alumno aprender a reconocer las diferentes regiones de la curva esfuerzo-

deformacin para utilizarlas en la determinacin de propiedades mecnicas.

El alumno identificar los diferentes tipos de materiales as como sus propiedades

mecnicas, mediante el conocimiento y prctica de un ensayo de tensin.

2. INTRODUCCION Deformacin. Es el proceso durante el cual un cuerpo cambia sus dimensiones en respuesta a una o varias fuerzas exteriores que sobre l se aplican. Al inicio de la deformacin se producen efectos reversibles en el cuerpo, los cuales desaparecen despus de que se elimina la fuerza; a esto se le denomina: estado de deformacin elstica. A partir de que la deformacin rebase el estado elstico, se producen el cuerpo efectos no reversibles y que dan lugar al estado de deformacin plstica. En algunos casos, la deformacin plstica puede llegar a rebasar el 100% sin que se detecte variacin en el volumen total e l cuerpo. La deformacin plstica parece entonces efectuarse a volumen constante o por una variacin muy pequea, lo cual se traduce simplemente en el hecho de que el numero de tomos de un cuerpo es constante durante la deformacin y que no se produce ms que una reorganizacin en el apilamiento de los tomos, lo cual es suficiente para inducir un cambio en volumen. Esfuerzo. Se dice que un cuerpo est sometido a esfuerzo, cuando una parte de l ejerce fuerzas sobre partes vecinas y estas fuerzas dependen de las dimensiones del cuerpo. Deformacin. Es el cambio en dimensiones que experimenta un cuerpo cuando se encuentra sometido a esfuerzo. La mayor parte de los ensayos mecnicos en laboratorio se efectan en el estado de esfuerzo uniaxial, ya sea en tensin o compresin. Esto se debe a que los mecanismos microscpicos que se encuentra en juego despus de la deformacin, son complejos y muy variados y por eso se prefiere la simplificacin de las condiciones de operacin al estado uniaxial. Uno del os principales tipos de ensayo para el estudio de la deformacin es el ensayo de traccin, que consiste en la realizacin, a una velocidad constante de deformacin, de una prueba mecnica que se emplea, para determinar las propiedades de los materiales al ser sometidos a esfuerzos de tensin. La deformacin obtenida mediante este ensayo se

puede representar en la grafica esfuerzo-deformacin (figura 3.1) en donde adems es posible localizar ciertos puntos y regiones que dan deformacin sobre el comportamiento dl material analizado, conforme este se somete a esfuerzos de tensin cada vez mayores. Las regiones o puntos de la grafica de esfuerzo-deformacin, que mayor informacin proporcionan sobre el comportamiento mecnico del material son: Regin elstica: zona ubicada entre la lnea recta que va del origen al punto A y en donde se observa una relacin proporcional entre el esfuerzo y la deformacin unitaria. La pendiente de esta recta se conoce como modulo de elasticidad. Esfuerzo de fluencia. Al incrementar el esfuerzo ms all del lmite proporcional, la curva esfuerzo-deformacin unitaria presenta una pendiente cada vez menor, hasta llegar al punto B donde se vuelve horizontal y ocurre un considerable alargamiento de la probeta sin un incremento perceptible en la fuerza de tensin (hasta llegar al punto C). Esta caracterstica se conoce como fluencia del material y el punto B de la grafica corresponde al denominado esfuerzo de fluencia. Despus de experimentar la deformacin que ocurre durante la fluencia, el material comienza a endurecerse por deformacin; se encuentra en su zona plstica y la probeta de prueba en esta regin requiere un incremento de la carga de tensin para poderse deformar generando en el diagrama de esfuerzo-deformacin una pendiente positiva del punto C al punto D. Finalmente la carga a la que se somete el material termina por alcanzar su valor mximo a un esfuerzo correspondiente, denominado esfuerzo ltimo (punto D). Un alargamiento adicional de la probeta la acompaa una reduccin de la carga y la fractura de la misma, que ocurre finalmente en un punto E. 3. DESARROLLO EXPERIMENTAL 3.1 Equipo y material Probetas para ensayo de traccin cilndricas segn las normas ASTM, de los siguientes materiales: cobre, aluminio, acero 1018 y latn. Maquina universal (figura 3.2) integrada por:

1. Modulo de medicin

2. Dispositivos para ensayos

3. Computadora

3.2 planteamiento experimental 1. calibre la maquina universal. 2. Encienda la computadora y cargue el sistema operativo. 3. Elija el tipo de programa y los parmetros de operacin para la prueba. 4. Coloque la probeta en las mordazas asegurndose de que estas queden bien sujetas. la mordaza inferior puede ascender y descender (botones: Up & Down) para ajustar la distancia a la probeta; en ocasiones es necesario bajar la mordaza inferior para lograr asegurar la probeta. 5. Proporcione al programa las dimensiones de la probeta y los parmetros de operacin restantes. 6. Active la prueba. La curva del material en prueba comenzara a formarse en la pantalla. 7. Al concluir la prueba, registre los resultados obtenidos. 8. Repita la prueba para todos los materiales.

4. RESULTADOS 4.1 Despus de realizar el ensayo de traccin para las cuatro probetas, registre los datos obtenidos de esfuerzo y deformacin y posteriormente construya la grafica de esfuerzo-deformacin para cada una de ellas. 4.2 completa la siguiente tabla a partir de los datos obtenidos en los diagramas de esfuerzo deformacin.

Datos Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

Unidades

Dimetro (D)

Longitud (L)

rea (A)

FYLD

FMAX

FBRK

YLD

MAX

BRK

5. ANALISIS DE RESULTADOS A partir de los resultados obtenidos, discuta lo siguiente de manera individual: 1.- Cul de los materiales estudiados es el ms frgil? Por qu? 2.- Cul de los materiales es el ms dctil? Por qu? 3.- en cul de los cuatro casos se requiri una mayor carga para generar la ruptura? A qu se debe lo anterior? 4.- Qu diferencias observa en la fractura generada en cada probeta? A qu se debe el cambio de apariencia en la zona con fractura? 6. RECOMENDACIONES Menciones cinco recomendaciones que deban tomarse en cuenta para la realizacin adecuada de la prctica. 7. CONCLUSIONES GENERALES Escriba de manera breve y clara, las conclusiones a las que llego despus de realizar la prctica. 8. CUESTIONARIO 1. Cul es la diferencia entre resiliencia, ductibilidad y tenacidad? 2. En un ensayo de tensin Qu propiedad indica la rigidez de un material? 3. En un en ensayo de tensin Qu propiedad indica la ductibilidad de un material? 4. Cmo se evala el esfuerzo real y la deformacin real? 5.- si durante una prueba de tensin se obtiene una carga superior a la resistencia de cedencia del material y en este momento la carga es liberada repentinamente Cul sera la deformacin elstica y la deformacin plstica en la grafica esfuerzo-deformacin? Dibuje en el recuadro que sigue tales deformaciones. 6. en la prctica es ms til conocer el lmite elstico de un material, a la resistencia de cedencia? Por qu? 9. BIBLIOGRAFIA

1. Douin, Joel, mecanique des milieux continus, PAVAGES, Diderot Editeur, arts et Sciencies, Paris, 1997.