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Materiales Prcticas de laboratorio
1
PRACTICA 3:
ENSAYO DE TRACCIN
David Bueno Senz
Grado ingeniera mecnica
Grupo Laboratorio A-3
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Materiales Prcticas de laboratorio
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ENSAYO DE TRACCIN
OBJETIVO
Los objetivos de esta prctica consisten en:
Realizar un ensayo de traccin para poder caracterizar las propiedades
mecnicas de un metal mediante su comportamiento tensin-deformacin.
Familiarizarse con el empleo de estas tcnicas, la normativa existente para los
ensayos, las unidades de medida, los valores caractersticos, as como el empleo
de las grficas tensin-deformacin obtenidas en el ensayo.
MATERIAL
Probeta de chapa de acero F1140 (C45; Acero no aleado con un 0,45% de
carbono sin impurezas) segn la norma de caracterizacin del ensayo, de las
siguientes dimensiones:
L=100mm (Longitud de la zona de trabajo)
Lo=80mm (Longitud de la zona de trabajo con dimetro constante)
A=20mm (Anchura de la zona de trabajo)
S=40mm2 (Area)
l=10mm (distancia hasta la zona de trabajo)
Probeta cilndrica de acero F1140 (C45; Acero no aleado con un 0,45% de
carbono sin impurezas) segn la norma de caracterizacin del ensayo, de las
siguientes dimensiones:
L=100mm (Longitud de la zona de trabajo)
Lo=72,23mm (Longitud de la zona de trabajo con dimetro constante)
Radio=5mm
A=20mm (Anchura de la zona de trabajo)
l=13mm (distancia hasta la zona de trabajo)
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3
L=72,32mm (Longitud de la zona de trabajo)
Imagen 1: Probeta plana empleada
Imagen 2 Probeta cilndrica empleada
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Calibre
Maquina universal de traccin compresin y flexin esttica
Imagen 3: Maquina universal de traccin compresin y flexin esttica
Maquina universal de traccin compresin y flexin esttica (con control
electrnico)
Imagen 4: Maquina universal de traccin compresin y flexin esttica con
control electrnico
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FUNDAMENTO
Para conocer las propiedades mecnicas de algunos materiales como los metlicos y
determinar as las cargas que pueden soportar, se efectan ensayos destructivos o no
destructivos para medir su comportamiento en distintas situaciones. Con estos ensayos
se pretenden obtener las curvas caractersticas de tensin-deformacin como mtodo de
caracterizacin de las propiedades mecnicas de los materiales.
El ensayo destructivo ms importante es el ensayo de traccin, en el cual se somete
a una probeta metlica esfuerzos de traccin hasta su rotura, midindose en todo
momento la carga aplicada y obtenindose los resultados en una curva tensin-
deformacin.
Se recurre para ello a una mquina universal de ensayos donde se coloca una
probeta fijada entre dos mordazas, una fija y otra mvil y se procede a medir la carga
mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza mvil. La mquina de ensayo
impone la deformacin desplazando el cabezal mvil a una velocidad seleccionable. La
celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una seal que representa la carga
aplicada, las mquinas poseen un plotter que grafica la curva esfuerzo deformacin.
Nuestro acero (F1140) tiene una composicin del 0,45% de carbono lo que supone
por una sencilla regla de tres que su composicin ser de:
%56,5010089,0
45,0% ==PERLITA
%43,49% =FERRITA
Puesto q la perlita es el ms dctil y blando de los constituyentes de las aleaciones
hierro-Carbono, el alto ndice que presenta este acero parece indicar que este poseer
una buena tasa de alargamiento.
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Materiales Prcticas de laboratorio
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El ensayo de traccin puede realizarse tanto en una probeta de seccin circular como
en una probeta plana. Existe una normativa que especifica la metodologa de ensayo
segn se realiza de una u otra manera.
DESARROLLO DE LA PRCTICA
1 PARTE: ENSAYO CON PROBETA CILINDRICA
Se procedi a partir de las medidas tomadas de la probeta, segn el procedimiento
de ensayo que marca la normativa correspondiente a dividir la zona de trabajo en diez
partes iguales, segn las siguientes medidas:
mmLL
102
80100
20
=
=
cuya medida comparamos con la tabla 4 de la pgina 24
de la normativa para concluir que se hace necesario dividir los 80 mm en 10 partes
iguales de 8mm cada una mediante un rotulador.
Marcada la probeta, se procedi a montarla en la mquina para el ensayo de traccin
y se procedi a realizar el ensayo.
Al final del ensayo, la maquina nos proporciona una grfica de tensin-deformacin
sobre una escala de cuadros sin graduar y el valor del esfuerzo mximo soportado en kp.
2 PARTE: ENSAYO CON PROBETA PLANA
De igual forma, se procedi a partir de las medidas tomadas de la probeta, segn el
procedimiento de ensayo que marca la normativa correspondiente a dividir la zona de
trabajo en diez partes iguales, segn las siguientes medidas:
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Materiales Prcticas de laboratorio
7
mmLL
132
68,27
2==
cuya medida comparamos con la tabla 4 de la pgina 24 de
la normativa para concluir que se hace necesario dividir los 80 mm en 10 partes iguales
de 7,23 mm cada una mediante un rotulador.
Marcada la probeta, se procedi a montarla en la mquina para el ensayo de traccin
y se procedi a realizar el ensayo.
Al final del ensayo, la maquina nos proporciona una grfica de tensin-deformacin
sobre una escala de cuadros sin graduar y el valor del esfuerzo mximo soportado en kp.
2 PARTE: ENSAYO EN MAQUINA ELECTRNIA
Esta tercera parte de la prctica se realiz en una jornada distinta y no consecutiva
por la falta de disponibilidad de la maquinaria en aquel momento. Su objetivo y
fundamento es el mismo que en el ensayo en el que utilizamos la mquina universal,
pero la diferencia en este caso es la capacidad de regulacin y obtencin de datos de
manera electrnica de este equipo con lo que se pueden ajustar de mejor manera la
relacin tiempo y esfuerzo aplicado y se obtienen unas curvas de tensin-deformacin
muy precisas.
Para esta ocasin se recurri tambin a una probeta cilndrica F-115 pero esta vez
templada con enfriamiento en agua, con lo que se podr observar tambin el efecto
sobre las propiedades mecnicas de un metal producido por el temple (incremento de la
dureza y resistencia as como un comportamiento m frgil)
Para ello se coloc la probeta entre las mordazas del equipo, ajustando su posicin
de manera simtrica en ambas partes, y se procedi a aplicar la carga de tensin hasta la
rotura de probeta (de la misma forma que con la mquina universal pero ajustando todos
los parmetros digitalizadamente mediante la electrnica en lugar de mediante ajustes
mecnicos)
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RESULTADOS Y DETERMINACION DE LOS
PUNTOS SOBRE LA GRAFICA
Grfica 1: Resultados de ensayo de traccin con ambas probetas en la mquina
universal de ensayo
1 PARTE: ENSAYO CON PROBETA CILINDRICA
Imagen 5: Resultados de ensayo de traccin con la probeta cilndrica
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Se obtuvieron las siguientes deformaciones:
Radio final: 4,3 mm
Con este valor procedemos a determinar el tanto por ciento de estriccin para lo
cual:
%191005
3,45100100(%)
2
022
2
022
0
0=
=
=
=
pi
pipi
pi
pipi
r
rr
S
SSZ
Determinado este valor procedemos a determinar el % de alargamiento, pora lo cual
recurrimos al procedimiento de la descripcin del ensayo (motivo por el cual se haban
realizado las divisiones en la probeta)
n es el nmero de marcas entra x e e incluido y=1 (se cuenta hacia el lado de mayor
longitud). En este caso N-n = 10 -1 = 9 con lo que se denomina como rotura impar y
entonces se determina el alargamiento como:
100(%)0
'''
++=
L
dddA
yzxzxy
Siendo
Y: punto de estriccin y ruptura.
Z: Marca a
2
1nNdivisiones de y (a cuatro divisiones en nuestro caso)
Z: Marca a +
2
1nNdivisiones de y (a cinco divisiones en nuestro caso)
Siendo n el nmero de marcas entra x e e incluido y=1
dxy: 1,70mm
dyz:34,75mm
dyz:43,24mm
%15,1010032,72
32,7224,4372,347,1(%) =
++=A
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Procedemos ahora a determinar la resistencia a la traccin a partir del esfuerzo
mximo soportado, mostrado por su valor en el punto F (obtenido en las grficas
anteriormente expuestas de tensin deformacin) y la seccin:
MpaN
S
FTs 412
1085,7
8,9330005
0
max=
==
Con el valor de el esfuerzo mximo, contando el nmero de divisiones en las escala
de la grfica y dividiendo su magnitud por este determinamos el valor en kP que
corresponde a cada divisin y as podemos determinar otros valores con posterioridad.
kPdivisiones
kpionValordivis 6,84
39
3300==
Ahora para poder determinar el lmite elstico segn las condiciones del punto B de
la grafica en las que se considera una deformacin mxima del esfuerzo aplicado es de
27 x 84,6 = 2284,62 kP o 2284,62*9,8=22389,276 N.
Para determinar el mdulo elstico recurrimos al punto A, en el cual se sabe que la
deformacin es de 2mm y la tensin se determina multiplicando el numero de
cuadrculas por el esfuerzo que representa cada una, 10 x 86,4 = 864 Kp o
864*9,8=8467,2 N
En cuanto a la deformacin, si atendemos al eje de abcisas podemos contar 50
divisiones hasta el punto de rotura F para el cual el dimetro final es de 7,34 que
dividido por el nmero de divisiones concluimos que cada divisin representa 7,34/50 =
0,146 mm que multiplicado por dos supone la deformacin en este punto.
GpaN
LL
SFE 55,29
80/146,02
1085,7/2,8467/ 05
0
0max=
==
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2 PARTE: ENSAYO CON PROBETA PLANA
Imagen 6: Resultados de ensayo de traccin con la probeta plana
Se obtuvieron las siguientes deformaciones:
Radio final: 4,3 mm
Con este valor procedemos a determinar el tanto por ciento de estriccin para lo
cual:
%191005
3,45100100(%)
2
022
2
022
0=
=
=
=
pi
pipi
pi
pipi
r
rr
S
SSZ
Determinado este valor procedemos a determinar el % de alargamiento, pora lo cual
recurrimos al procedimiento de la descripcin del ensayo (motivo por el cual se haban
realizado las divisiones en la probeta)
n es el nmero de marcas entra x e e incluido y=1 (se cuenta hacia el lado de mayor
longitud). En este caso N-n = 10 -4 = 6 con lo que se denomina como rotura par y
entonces se determina el alargamiento como:
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Materiales Prcticas de laboratorio
12
1002
(%)0
0
+=
L
LddA
xzxy
Siendo
Y: punto de estriccin y ruptura.
z=6/2=3 posicion de z (a tres intervalos de la divisin y)
Siendo n el nmero de marcas entra x e e incluido y=1
dxy: 43mm
dyz:23mm
%25,1110080
8023*243(%) =
+=A
Procedemos ahora a determinar la resistencia a la traccin a partir del esfuerzo
mximo soportado mostrado por su valor en el punto F (obtenido en las grficas
anteriormente expuestas de tensin deformacin) y la seccin:
MpaN
S
FTs 5,220
10.40
8,99006
0
max=
==
Con el valor de el esfuerzo mximo, contando el nmero de divisiones en las escala
de la grfica y dividiendo su magnitud por este determinamos el valor en kP que
corresponde a cada divisin y as podemos determinar otros valores con posterioridad.
kPdivisiones
kpionValordivis 5,37
24
900==
Ahora para poder determinar el lmite elstico segn las condiciones del punto B de
la grafica en las que se considera una valor de esfuerzo aplicado de 22 x 37,5 = 825 Kp
o 825*9,8=8085N.
Para determinar el mdulo elstico recurrimos al punto A, en el cual se sabe que la
deformacin es de 2mm y la tensin se determina multiplicando el numero de
cuadrculas por el esfuerzo que representa cada una, 10 x 37,5 = 375 Kp o
375*9,8=3675N
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Materiales Prcticas de laboratorio
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GpaN
LL
SFE 17,25
80/146,02
1040/3675/ 6
0
0max=
==
3 PARTE: ENSAYO EN MAQUINA DE REGULACIN
ELECTRNICA
Como ya hemos comentado, esta tercera parte se realiz en otra jornada, nicamente
de manera informativa (sin atender a los valores de deformacin) de manera que se
pudiese obtener la curva caracterstica en formato digital para identificar con una mayor
precisin, que en la mquina de ensayo universal, los valores caractersticos.
Se obtuvo la siguiente grfica en la cual es fcilmente identificable e incluso
mostrado numricamente el valor de la tensin mxima, la deformacin mxima, la
carga de rotura, carga elstica rigidez y tiempo de ensayo.
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Grfica 2: Resultados de ensayo de traccin con probeta cilndrica en mquina
electrnica
De esta grfica se pueden obtener los valores caractersticos de la siguiente forma:
Alargamiento: 100100
719,14100(%) =
=
I
IF
L
LLA =14,719 %
Resistencia a la traccin: RT= NkpMAX 8,178948,918261826 === (observado en
la grfica)
Lmite elstico: LE=1537 kp = 1537 * 9,8 = 15062,6 N (observado en la grfica)
GpaMpaN
LL
SFE 303,112,1303
100/719,14
1053,78/6,15062/ 6
0
0max==
==
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CONCLUSIN
Mediante el ensayo de compresin hemos conseguido:
1. Caracterizar y diferenciar las propiedades mecnicas de algunos materiales
distintos frente a cargas de traccin concluyendo en:
a. Determinacin de los valores de estriccin y alargamiento de
prcticamente igual magnitud por ambos mtodos (distintas probetas)
utilizando el mismo material.
b. Determinacin de los valores caractersticos de las curvas en cada uno de
los ensayos como la tensin de ruptura y la tensin de lmite elstico a
partir de la cual el material mostrar un comportamiento plstico. Se
observa, en ambos casos que para la probeta cilndrica (con mas cantidad
de material) lgicamente la magnitud de la tensin de ruptura es mayor.
c. Determinar como valor caracterstico del comportamiento de estos
metales (medidos sobre la zona predictible o de comportamiento lineal)
el mdulo elstico o mdulo de young.
2. Familiarizarnos con estas tcnicas de ensayo, sus fundamentos y objetivos.
3. Familiarizarnos un poco ms con el empleo de herramientas en el laboratorio y
las nuevas tcnicas y tecnologas aplicadas a estos ensayos.
4. Observar el efecto del tratamiento trmico (temple) sobre las propiedades
mecnicas de los metales; incremento de la dureza y resistencia as como
perdida de ductilidad (material mas frgil y rgido)