Post on 24-Jan-2017
CIENCIA DE MATERIALES PRÁCTICA 2.1
Ensayo de tracción
GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA
MIGUEL CASTILLÓN DE MIGUEL
Elobjetivodelapracticaescomprobarlascaracterísticasmecánicasdeunaceroalcarbono (F114) a partir de un ensayo de tracción. Este ensayo, es uno de losensayosdestructivosmasutilizados.El fundamentodeeste ensayoes someter auna probeta normalizada a esfuerzos progresivos y crecientes de tracción endirecciónaxialhastaque lleguea ladeformacióny seguidamentea la rotura.Unesfuerzo axial es aquel que esdebido a fuerzasque actúan a lo largodel ejedelelemento.Este ensayo,mide la resistencia de unmaterial a una fuerza estática o aplicadalentamente. Las velocidades de deformación enun ensayode tensión suelen sermuypequeñas.En un ensayo de tracción, podemos determinar diferentes características de losmaterialeselásticoscomoson:Modulodeelasticidad:Tambiénconocidocomo“MódulodeYoung”,eselresultadodedividirlatensiónporladeformaciónunitaria,dentrodelaregiónelásticadeundiagramaesfuerzo-deformación.CoeficientedePoisson:Cuantificalarazónentreelalargamientolongitudinalyelacortamientodelaslongitudestransversalesaladireccióndelafuerza.Limite de proporcionalidad: Valor de la tensión por debajo de la cual elalargamientoesproporcionalalacargaaplicada.Límitede fluencia:Valorde la tensiónquesoporta laprobetaenelmomentodeproducirse el fenómeno de fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona detransición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por unrápidoincrementodeladeformaciónsinaumentoapreciabledelacargaaplicada.Límiteelástico:Valordelatensiónalaqueseproduceunalargamientoprefijadode antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado. Es lamáximatensiónaplicablesinqueseproduzcandeformacionespermanentesenelmaterial.Carga de rotura: También conocida como resistencia a la tracción, es la cargamáximaresistidaporlaprobetadivididaentrelaseccióninicialdelaprobeta.Alargamientoderotura:incrementodelongitudquehasufridolaprobeta.Semideentredospuntoscuyaposiciónestanormalizadayseexpresaentantoporciento.Estricción:eslareduccióndelasecciónqueseproduceenlazonadelarotura.MATERIALESElmaterial principal es elAcero, en este casoutilizaremosdosprobetas, unadeformadechapaylaotradeprobeta,ambassondeunaceroF-114(C45),apartirde las cuales y del ensayo de tracción podremos comprobar las característicasmecánicas.
También será necesario utilizar un calibre o un pie de rey para tomar lasmedidasdelosdiámetros,asícomodelaslongitudesdenuestrasprobetas,antesydespuésdelensayo.
Lapartemasimportantedelapracticaserealizaraconlamaquinadetracción.Lamaquinaqueutilizaremosserálamaquinauniversaldetracción,compresiónyfluencia, cuyo embolo produce tracciones, compresiones y flexiones a voluntad,aplicando las cargas deseadas a la probeta colocada y sujeta en lamáquina pormediodelasmordazasadecuadas.EstamaquinaeslaqueproducelaroturaenlasprobetasydedondeobtendremoslagraficaF(Kp)-Al(mm).
CALCULOS
En esta practica realizaremos dos ensayos, el primero con una probeta y elsegundoconunachapa,conlocualloestudiaremosporseparado:
PROBETACILINDRICA:Lasprobetassonnormalmentebarrasdesecciónregularyconstante,casisiemprecircular, aunque susextremidades sondemayor sección,parapoder fijarlas a lamaquinadetracción.Enlasprobetassehacendosmarcasentrelascualessemidelalongitud.Lo primero que debemos calcular, será la longitud y la sección de la probeta,operaciónquerealizaremosconayudadelcalibre.
Obtenemosque:
𝐿 = 100𝑚𝑚∅ = 10𝑚𝑚
𝐿' = 𝑘 ∗ 𝑆 = 8,16 ∗ 𝜋 ∗ 𝑟'0 = 8,16 ∗ 𝜋 ∗ 50 = 72,31𝑚𝑚
𝑆𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 =𝐿 − 𝐿'2 =
100 − 72,312 = 13,84𝑚𝑚
Dividimoslaprobetaen10partesigualesporsinorompieraeneltercio
central:
Conlosdatostomadosylasdivisionesrealizadas,montaremoslaprobetaenla
máquinauniversaldetracción.Colocaremos la escala adecuada en la máquina, colocaremos el papel
milimetrado en el tambor, ajustando la velocidad de lamáquina a 35mm/min y
colocaremoslaprobetadentrodelasmordazasutilizandolosdiscosdeajustebienfijados.
Unavezpuestaenmarchalamaquina,vemoscomolaprobetasevaalargando
ydeformandohastallegarasurotura.Cuandolaprobetaseharoto,observamoslacargamáxima,ennuestrocasonos
hadadounacargamáximade3150Kp.Paraobtenerlosresultadosnosfijamospordondeseharotolaprobeta,en
nuestrocaso,comoseharotofueradeltercocentraldelamisma,cogemoslamenordistanciadesdedondeseharotoalpuntodecalibraciónA.Paracalcularelalargamientoenunaprobetaquenorompeporelterciocentralhacemoslosiguiente:
Desdedondeseharotosecogelamínimadistanciaalpuntodecalibración(A).
- LlevamosesadistanciaalotroladoobteniendoB.- ContamoselnúmerodedivisionesentreAyB(n).
SegúnsealadiferenciaN-nlaroturaesparoimpar:
𝑇𝑖𝑝𝑜𝑟𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑁 − 𝑛 = 10 − 4 = 6 → 𝑅𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎𝑝𝑎𝑟Elalargamientosecalculaapartirdelasiguienteecuación:
∆𝑙 =𝐴𝐵 + 2𝐵𝐶 − 𝐿'
𝐿'∗ 100
Donde:
- 𝐴𝐵=n(divisiones)- Con𝐵𝐶 = LMN
0→MarcamoselpuntoC:medimosconelcalibre𝐴𝐵y𝐵𝐶ylo
sustituimosenlafórmuladelalargamientoenmm.Asíobtenemoselalargamientoporcentual:
∆𝑙 =3,6 + 2 ∗ 2,6 − 72,31
72,31 ∗ 100 = 21,69%
Laresistenciamecánica:
𝑅Q =𝐹SáU𝑆VNWXWYZ
=3150𝜋 ∗ 50 = 40,11 𝐾𝑝 𝑚𝑚0
Ellímiteelástico:
𝑒\] =𝐹 _YZ(𝑘𝑝)
𝐹bcádWXY(𝑚𝑚)=315033 = 95,45 𝐾𝑝 𝑚𝑚
𝐿. 𝐸. = 𝑑hbcádWXY ∗ 𝑒\] = 27 ∗315033 = 2577,27𝐾𝑝
Módulodeelasticidad:
𝐴𝑙ij = 2𝑚𝑚 ∗ 𝑒\U𝑚𝑚 = 2 ∗ 0,22 = 0,44𝑚𝑚
𝐹ij = 𝐷ij\cYdWXY ∗ 𝑒\] = 21 ∗ 95,45 = 2004,45𝑘𝑝
𝐸 =𝐹ij
𝑆'𝐴𝑙ij
𝐿'
=2004,45
𝜋 ∗ 500,44
72,31= 4194,2183 𝐾𝑝 𝑚𝑚0
Tensiónderotura:
𝑅l = 𝑑d\cádWXY ∗ 𝑒\] = 38 ∗ 95,45 = 3627,1𝐾𝑝Secciónfinal:
𝑆l = 𝜋 ∗ 𝑟0 = 𝜋 ∗ 3,750 = 44,178𝑚𝑚0Estricción:
𝑍 =𝑆' − 𝑆d𝑆'
∗ 100 =𝜋 ∗ 50 − 𝜋 ∗ 3,750
𝜋 ∗ 3,730 ∗ 100 = 77,7778%
Probetadechapa.
La preparación de esta practica será igual que la anterior, por lo tanto lo
primeroenhacerserácalcularsu longitudysusección,peronoseccióncircularcomoenelcasoanterior,sinoelgrosorylaanchura.
Obtenemosque:
𝐿 = 100𝑚𝑚𝐿' = 80𝑚𝑚
𝑒 = 2𝑚𝑚𝑏 = 20𝑚𝑚
Donde“e”eselespesor,“b”laalturay“𝐿'”ladistanciaentrelasmarcas.Como en la probeta cilíndrica, calcularemos la distancia que tiene que haber
entrelacabezadelaprobetay𝐿'.
𝑆𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 =𝐿 − 𝐿'2 =
100 − 802 = 10𝑚𝑚
Al igualqueantes,dividiremos𝐿'en10partes, igualqueenlaprobetacilíndrica.Seguidodeestocolocaremoslaprobetadechapaenlamaquinaconlosaccesoriosadecuados y someteremos la probeta a la maquina. Colocaremos el papelmilimetradoeneltambor,ajustaremoslamaquinaalamismavelocidadqueantes,35mm/minyledaremosmarcha.
Traselensayo,elmedidormarcaunafuerzamáximade625Kpcuandolaprobetaharoto.
SegúnsealadiferenciaN-nlaroturaesparoimpar:
𝑇𝑖𝑝𝑜𝑟𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑁 − 𝑛 = 10 − 6 = 4 → 𝑅𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎𝑝𝑎𝑟Elalargamientosecalculaapartirdelasiguienteecuación:
∆𝑙 =𝐿′' − 𝐿'𝐿'
∗ 100 =105 − 80
80 ∗ 100 = 31,25%
Laresistenciamecánica:
𝑅Q =𝐹SáU𝑆'
=6252 ∗ 20 = 15,625 𝐾𝑝 𝑚𝑚0
Ellímiteelástico:
𝑒\] =𝐹 _YZ(𝑘𝑝)
𝐹bcádWXY(𝑚𝑚)=62511 = 56,82 𝐾𝑝 𝑚𝑚
𝐿. 𝐸. = 𝑑hbcádWXY ∗ 𝑒\] = 8 ∗ 56,82 = 454,56𝐾𝑝Módulodeelasticidad:
𝐴𝑙ij = 2𝑚𝑚 ∗ 𝑒\U = 2 ∗ 0,38 = 0,76𝑚𝑚
𝐸 =𝐿. 𝐸.
𝑆'𝐴𝑙ij
𝐿'
=454,56
400,76
72,31= 1196,2 𝐾𝑝 𝑚𝑚0
Tensiónderotura:
𝑅l = 𝑑d\cádWXY ∗ 𝑒\] = 14 ∗ 56,82 = 795,48𝐾𝑝