INTRODUCCION

Cuando se habla de una prueba de tracción usualmente nos referimos a un ensayo que se realiza en una máquina que permite medir la deformación y la fuerza aplicada a una varilla fabricada con el material que se desea ensayar. Si la prueba se realiza correctamente, permite conocer las propiedades mecánicas fundamentales del material que son de vital importancia en el diseño.

El comportamiento mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada.

OBJETIVOS

Objetivo General:

Familiarizarnos con el ensayo de tracción uniaxial para determinar propiedades físicas de los materiales y conocer su aplicación en el campo industrial, ya sea para medir constantes elásticas y propiedades de los materiales o controlar la calidad de diferentes aceros.

Objetivos Específicos:

Entender el significado de los resultados y comprender el comportamiento de los materiales en la prueba de tracción.

Interpretar correctamente los datos obtenidos en el diagrama de esfuerzo - deformación.

Reconocer y diferenciar los estados zona elástica y zona plástica de los metales.

Construir e interpretar las gráfica de Esfuerzo VS Deformación.

Comprender la determinación del módulo de elasticidad o módulo de Young.

Familiarizarse con las definiciones básicas de la resistencia de los materiales tales como esfuerzos, elongación, deformación, diagrama de fuerza vs deformación, fractura en material frágil y fractura en material dúctil.

MARCO TEORICO

Aplicación de la Carga y Mediciones

Las cargas se aplican ya sea mecánica o hidráulicamente. Generalmente las máquinas para pruebas de tracción tienen diferentes rangos de medición. Antes de realizar el ensayo se debe determinar aproximadamente la fuerza máxima que se va a alcanzar de acuerdo al tipo de material y a sus dimensiones, para seleccionar una escala adecuada en la que la fuerza máxima no corresponda a las primeras subdivisiones ni a las últimas del dispositivo utilizado para medir la fuerza.

Medición de la Deformación

Las deformaciones se pueden medir de forma mecánica, eléctrica, electromecánica u óptica. En este experimento se usa un método mecánico usando un extensómetro. La mayoría de estos extensómetros son instrumentos muy precisos y solo se construyen para medir deformaciones muy pequeñas; se debe tener cuidado para no sobrepasar el alcance máximo de medición.

Ley de Hooke

La ley de Hooke relaciona la fuerza axial P aplicada, la longitud L de la probeta, la sección transversal A, el módulo elástico del material y la elongación ΔL correspondiente a una longitud inicial Lo.

Lo anterior se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

Definición de esfuerzo y deformación

La tensión nominal en una probeta sometida a la fuerza axial P y que tiene una sección transversal Ao está definida por:

La deformación convencional (ingenieril o aritmética) se define por la razón entre la elongación y la longitud inicial de la probeta.

La deformación real se define por el logaritmo natural de la razón entre la longitud total L y la longitud inicial Lo, es decir:

Lo anterior es una consecuencia de la integración de la ecuación diferencial:

La tensión real se define por la razón entre la fuerza axial P y la sección transversal A, esto es:

Diagrama de esfuerzos

El diagrama de esfuerzos es fundamental para determinar las propiedades físicas de los materiales. En el diagrama, indicado en la figura 1, se pueden distinguir el límite de proporcionalidad, el límite de fluencia y el límite de ruptura.

Figura 1 Diagrama de fuerza vs alargamiento de la probeta.

Se distinguen cuatro zonas:

Zona 1: Deformación Elástica

Zona 2: Fluencia

Zona 3: Deformación Plástica

Zona 4: Estricción

En nuestro estudio sobre el módulo elástico nos centraremos en la zona 1. En esta zona, si se retirase la carga el material volvería a su longitud inicial. Además las tensiones son proporcionales a los alargamientos unitarios y esto se expresa con una ecuación analítica que constituye la ley de Hooke:

Donde σ representa la tensión normal, ε las deformaciones unitarias y E el módulo de elasticidad.

Por tanto, podemos definir el módulo de elasticidad como la pendiente de la curva tensión-deformación en la zona elástica (zona 1). Es, por tanto, una medida de la rigidez del material, esto es su resistencia a la deformación elástica. El módulo de Young es diferente para cada material.

Coeficiente de Poisson

Relación entre la deformación lateral y la deformación axial en una probeta con carga axial. Es la constante que relaciona el módulo de rigidez y el módulo de Young en la ecuación:

Donde E es el módulo de Young, G es el módulo de rigidez y r es el coeficiente de Poisson. La fórmula sólo es válida dentro del límite elástico de un material. En ASTM E-132 se proporciona un método para determinar el coeficiente de Poisson.

Límite proporcional

El mayor esfuerzo en el que el éste es directamente proporcional a la deformación. Es el mayor esfuerzo en el cual la curva en un diagrama esfuerzo-deformación es una línea recta. El límite proporcional es igual al límite elástico para muchos metales.

Ductilidad

Cualidad de dúctil. Este adjetivo puede hacer referencia a algo acomodadizo, condescendiente, fácilmente deformable, que admite grandes deformaciones mecánicas o que mecánicamente puede extenderse con alambres o hilos.

Esfuerzo a tracción

La intensidad de la fuerza (o sea, la fuerza por área unitaria) se llama esfuerzo, las fuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro del material por lo que se distribuyen en toda el área, la cual se denota con la letra σ (sigma), estas hacen que se separen entre si las distintas partículas que componen una pieza, si tienden a alargarla y estas se encuentran en sentido opuesto se llama esfuerzo de tracción. http://blog.utp.edu.co/metalografia/2012/07/31/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/

PROCEDIMIENTO

1. Para la elaboración de este ensayo utilizaremos varillas corrugadas de diferentes medidas, para este caso tomamos varillas de: 1/2 – 3/8; respectivamente.

2. Procedemos a realizar la medición de la varillas. Este procedimiento de medición debe ser efectuado con mucho cuidado e implementarse una correcta manipulación del Calibrador, además la utilización de un flexo metro para medir la longitud de las varillas.

3. Con la ayuda del laboratorista gradúa y se programar la maquina universal para poder realizar la prueba de tensión según los parámetros establecidos por el docente.

4. Una vez ya graduada la maquina universal procedemos a colocar la hoja milimetrada en el tambor para que al realizar la prueba, esta nos suministre la gráfica de esfuerzo deformación o fuerza alargamiento.

5. A continuación instalaremos las varillas entre los dos calzadores colocados en la base de la máquina.

6. Ahora bien ya que están listas las varillas para la prueba algún integrante del grupo sujeta las manijas, mientras que en la parte del control se inicia la descarga de fuerza en la varilla.

7. Cuando se llegue a un valor en toneladas que serán proporcionada por la maquina; se procederá a sí mismo a la toma y lectura del indicador de fuerza.

8. Al retirar las varillas de la maquina es importante no tener un contacto de inmediato, esta se debe dejar reposar un poco ya que puede tener efectos términos.

9. Luego de que se allá hecho la prueba analizamos las varillas respectivamente, para poder determinar el tipo de reacción que se formó; así mismo se procederá a realizar nuevamente la medición de las varillas. Ya en su estado final de deformación.