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Ensayo de tracciónEl ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Las velocidades de deformación en una ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas (ε=10-4 a 10-2 s-1).

Máquina para ensayo de tensión por computadora.

En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los materiales elásticos:

Módulo de elasticidad o Módulo de Young, que cuantifica la proporcionalidad anterior.

Coeficiente de Poisson, que cuantifica la razón entre el alargamiento longitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza.

Límite de proporcionalidad valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada.

Límite de fluencia o límite elástico aparente: valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.

Límite elástico (límite elástico convencional o práctico): valor de la tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado.

Carga de rotura o resistencia a la tracción: carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta.

Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento.

Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura.

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Probeta de cobre antes del ensayo de tensión por computadora.

Probeta de cobre fractura en el ensayo de tensión.

Normalmente, el límite de proporcionalidad no suele determinarse ya que carece de interés para los cálculos. Tampoco se calcula el Módulo de Young, ya que éste es característico del material; así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes.

Curva tensión-deformación

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Curva tensión-deformación.

Gráfica obtenida por computadora en el ensayo de tensión.

En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se representa gráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la sección de la probeta). En general, la curva tensión-deformación así obtenida presenta cuatro zonas diferenciadas:

1. Deformaciones elásticas: en esta zona las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. La tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. Pueden existir dos zonas de deformación elástica, la primera recta y la segunda curva, siendo el límite de proporcionalidad el valor de la tensión que marca la transición entre ambas. Generalmente, este último valor carece de interés práctico y se define entonces un límite elástico (convencional o práctico) como aquél para el que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene trazando una recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación inicial igual a la convencional.

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2. Fluencia o cedencia. Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La deformación en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las dislocaciones (bandas de Luders). No todos los materiales presentan este fenómeno, en cuyo caso la transición entre la deformación elástica y plástica del material no se aprecia de forma clara.

3. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica.

4. Estricción. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por ese zona.La estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la sección inicial y cuando se produce la estricción la sección disminuye, efecto que no se tiene en cuenta en la representación gráfica. Los materiales frágiles no sufren estricción ni deformaciones plásticas significativas, rompiéndose la probeta de forma brusca. Terminado el ensayo se determina la carga de rotura, carga última o resistencia a la tracción: la máxima resistida por la probeta dividida por su sección inicial, el alargamiento en (%) y la estricción en la zona de la rotura.

Diagrama de tensión - deformación típico de un acero de bajo límite de fluencia.

Otras características que pueden caracterizarse mediante el ensayo de tracción son la resiliencia y la tenacidad, que son, respectivamente, las energías elástica y total absorbida y que vienen representadas por el área comprendida bajo la curva tensión-deformación hasta el límite elástico en el primer caso y hasta la rotura en el segundo.

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Ensayo de compresión

Ensayo de compresión de una probeta cilíndrica de hormigón.

La misma probeta después de la rotura a compresión.

En ingeniería, el ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. En la mayoría de los casos se realiza con hormigones y metales (sobre todo aceros), aunque puede realizarse sobre cualquier material.

- Se suele usar en materiales frágiles. - La resistencia a compresión de todos los materiales siempre es mayor que a tracción.

Se realiza preparando probetas normalizadas que se someten a compresión en una máquina universal.

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Prueba de tensión (material)

Se denomina prueba de tensión al ensayo que permite conocer las características de un material cuando se somete a esfuerzos de tracción. El objetivo es determinar la resistencia a la rotura y las principales propiedades mecánicas del material que es posible apreciar en el diagrama carga-deformación:

Límite elástico Punto de fluencia Límite de fluencia Resistencia a la fatiga Punto de fractura

Los datos obtenidos en el ensayo deben ser suficientes para determinar esas propiedades, y otras que se pueden determinar con base en ellas. Por ejemplo, la ductilidad se puede obtener a partir del alargamiento y de la reducción de área.

Contenido

Definiciones

Alargamiento

El alargamiento es el aumento en la longitud calibrada en una probeta después de la prueba de tensión que comúnmente se expresa en porcentaje de la longitud calibrada inicial.

Límite de fluencia

El límite de fluencia o de cedencia, es el primer punto detectable, a partir del cual hay un aumento notorio en la deformación, sin que se acuse un aumento en el esfuerzo aplicadoa la probeta. En los metales es el punto, a partir del cual se produce una deformación permanente notable y aparecen por tanto deformaciones plásticas irreversibles.

Longitud calibrada

Es la longitud inicial de la parte de una probeta sobre la que se determina la deformación unitaria o el cambio de longitud y el alargamiento. Esto se mide con un extensómetro.

Reducción de área y estricción

La reducción de área de la sección transversal es la diferencia entre el valor del área transversal inicial de una probeta de tensión y el área de su sección transversal mínima después de la prueba. En el rango elástico de tensiones y deformaciones en área se reduce en una proporción dada por el módulo de Poisson. Para un sólido lineal e isótropo, en un ensayo de tracció convencional, dicha reducción viene dada por:

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Donde:

, es el área inicial.

, son el coeficiente de Poisson y el módulo de Young.

, es la tensión en dirección longitudinal de la pieza.

Una vez superado el límite de fluencia, se llega a un punto donde junto con la reducción elástica anterior associada al efecto de Poisson, se produce la llamada estricción que es un fenómeno de plasticidad.

Resistencia a la fluencia

La resistencia a la fluencia del acero estructural puede determinarse durante la prueba de tensión, observando el indicador de carga. Después de aumentar continuamente la carga, se observa que cae súbitamente a un valor ligeramente inferior que se mantiene por algún tiempo mientras la probeta sigue alargándose. En un ensayo bien efectuado uno puede distinguir entre el punto de fluencia que corresponde a la carga alcanzada, justo antes de que empiece la fluencia, y el punto de fluencia más bajo que corresponde a la carga requerida para mantener la fluencia. Como el punto de fluencia superior es transitorio, debe usarse el punto de fluencia inferior para determinar la resistencia a la fluencia del material.

Ensayo de tracción

 

l ensayo de tracción en ingeniería es ampliamente utilizado, pues suministra

información sobre la resistencia de los materiales utilizados en el diseño y

también para verificación de especificaciones de aceptación.

Etodos los materiales metálicos tienen una combinación de comportamiento

elástico y plástico en mayor o menor proporción.

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elasticidad: es la propiedad de un material en virtud de la cual las

deformaciones causadas por la aplicación de una fuerza desaparecen cuando

cesa la acción de la fuerza.

"un cuerpo completamente elástico se concibe como uno de los que recobra

completamente su forma y dimensiones originales al retirarse la carga". ej:

caso de un resorte o hule al cual le aplicamos una fuerza.

plasticidad: es aquella propiedad que permite al material soportar una

deformación permanente sin fracturarse.

todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el  sentido

de aplicación de la fuerza. en el caso del ensayo de tracción, la fuerza se

aplica en dirección del eje de ella y por eso se denomina axial, la probeta se

alargara en dirección de su longitud y se encogerá en el sentido o plano

perpendicular. aunque el esfuerzo y la deformación ocurren simultáneamente

en el ensayo, los dos conceptos son completamente distintos.

 

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Practica de laboratorio

EL conocimiento de las propiedades de los materiales utilizados en Ingeniería

es un aspecto fundamental para el diseñador en su propósito de desarrollar

las mejores soluciones a las diversas situaciones que se presentan en su

cotidiano quehacer.

La realización correcta de ensayos en los materiales, nos permite conocer su

comportamiento ante diferentes circunstancias, al igual que la determinación

de sus propiedades fundamentales.

En esta práctica analizaremos el comportamiento del acero al ser sometido a un

esfuerzo de tensión uniaxial.

 

El ensayo se realiza en una Máquina Universal (figura1.2) y la operación

consiste en someter una probeta (ver figura 1.1) a una carga monoaxial

gradualmente creciente (es decir, estática) hasta que ocurra la falla.

 

 

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Tablas

Tabla 1.1. medidas de las probetas

MATERIAL L (mm) d (mm) LR (mm) LO (mm) do (mm) doProm (mm) Area (mm2)

Acero

140 18,8 25,85 409,4

9,425592.179,45

137 18,65 25 409,65

9,625604.749,6

 

Tabla 1.2. Material: acero

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P  Kpa P N N/mm2 P  Kpa P N

0 0 0 0,00 0 0,00 0 0 0

10 500 3,925 0,01 0,25 0,03 10 500 3,925

20 500 3,925 0,01 0,5 0,01 20 500 3,925

30 500 3,925 0,01 0,75 0,01 30 500 3,925

40 750 5,8875 0,01 1 0,01 40 750 5,8875

50 1250 9,8125 0,02 1,25 0,01 50 1250 9,8125

60 1500 11,775 0,02 1,5 0,01 60 1500 11,775

70 1750 13,7375 0,02 1,75 0,01 70 2000 15,7

80 2250 17,6625 0,03 2 0,01 80 2500 19,625

90 2750 21,5875 0,04 2,25 0,02 90 2750 21,5875

100 3000 23,55 0,04 2,5 0,02 100 3000 23,55

120 3750 29,4375 0,05 3 0,02 120 3750 29,4375

140 4500 35,325 0,06 3,5 0,02 140 4750 37,2875

160 5250 41,2125 0,07 4 0,02 160 5250 41,2125

180 6250 49,0625 0,08 4,5 0,02 180 6500 51,025

200 7000 54,95 0,09 5 0,02 200 7500 58,875

220 7750 60,8375 0,10 5,5 0,02 220 8000 62,8

240 8250 64,7625 0,11 6 0,02 240 8500 66,725

260 8500 66,725 0,11 6,5 0,02 260 8750 68,6875

280 8750 68,6875 0,12 7 0,02 280 9000 70,65

300 8750 68,6875 0,12 7,5 0,02 300 9000 70,65

350 8750 68,6875 0,12 8,75 0,01 350 9000 70,65

400 8500 66,725 0,11 10 0,01 400 8750 68,6875

450 8250 64,7625 0,11 11,25 0,01 450 8500 66,725

500 8000 62,8 0,11 12,5 0,01 500 8250 64,7625

550 7500 58,875 0,10 13,75 0,01 550 7750 60,8375

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Procedimiento

Antes de comenzar a realizar los ensayos de tracción se deben tomar las respectivas

medidas de las probetas indicadas en la figura 1.1.

este procedimiento de medición es efectuado con una gran precisión debido a la correcta

utilización del "pie de rey", un instrumento de medición de vital importancia para

tomar el valor de nuestros datos.

   

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Para tomar las medidas de nuestras probetas utilizaremos las unidades del sistema

métrico internacional (SI) expresando dichas medidas en milímetros (mm)

Es muy importante ser bastante cuidadosos en la toma de estas medidas ya que después

de someter las probetas a los ensayos de tracción por medio de la maquina universal

(figura 1.2) , se van a comparar finales, tanto la longitud de la probeta como el diámetro

de la misma.

         

 

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Después de realizar todas las medidas a nuestras probetas, procedemos a efectuar el

ensayo de tracción con la probeta numero uno (P1) a través de la maquina universal. se

indican cada una de sus partes en la figura 1.2

 

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Maquina universal para ensayo de tracción

 

Manómetros

       

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La máquina universal  impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una

velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una

señal que representa la carga aplicada, las máquinas poseen un plotter que grafica en

un eje el desplazamiento y en el otro eje la carga leída.

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1. Se Prepara la máquina para ensayos a tracción: se  colocan los aditamentos        correspondientes para sujetar la probeta.

              2.   Enrosque la probeta en los respectivos sujetadores, dejando que

              3.   sobresalgan aproximadamente dos hilos de rosca en cada extremo.

              4.   Aplique una pequeña precarga a la probeta hasta que el movimiento de

                     la aguja en el manómetro sea inminente.

              5.   Gradúe el indicador (Deformímetro) en "cero".

              6.   Aplique carga de una manera continua y lenta y vaya tomando lecturas

                    en el manómetro.

              7.   Una vez ocurra la falla, retire las partes de la probeta ensayada,

                     preséntelas y mida el diámetro de la sección de rotura así como la nueva

                     longitud entre los puntos de calibración.

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             8.    Coloque una nueva probeta en la máquina y repita los pasos anteriores.

 

     Actividades a realizar

     Antes de la práctica

    1. Clases de fracturas en materiales metálicos sometidos a tracción

    (Realice gráficas).

    Las clases de fracturas son:

Fractura Dúctil Fracturas  Frágil Fractura por Fatiga Fractura por Termofluencia y Esfuerzo Fractura por esfuerzo asistido por corrosión

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CURVA MATERIAL DUCTIL

CURVA DE MATERIAL SEMIDUCTIL

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    2. Características del diagrama esfuerzo-deformación para materiales

    frágiles (Realice la gráfica). Compare con el diagrama para materiales dúctiles.

   

Las curvas tienen una primera parte lineal llamada zona elástica, en donde la probeta se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la probeta regresa a su longitud inicial.

Se tiene entonces que en la zona elástica se cumple:

F = K (L - L0)

F: fuerzaK: cte del resorteL: longitud bajo cargaL0: longitud inicial

Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material alcanza el punto de fluencia, desde aquí el material comienza a adquirir una deformación permanente. A partir de este punto, si se quita la carga la probeta quedaría más larga que al principio. Deja de ser válida nuestra fórmula F = K (L - L0) y se define que ha comenzado la zona plástica del ensayo de tracción. El valor límite entre la zona elástica y la zona plástica es el punto de fluencia (yield point) y la fuerza que lo produjo la designamos como:

F = Fyp (yield point)

Luego de la fluencia sigue una parte inestable, que depende de cada acero, para llegar a un máximo en F = Fmáx. Entre F = Fyp y F = Fmáx la probeta se alarga en forma permanente y repartida, a lo largo de toda su longitud. En F = Fmáx la probeta muestra su punto débil, concentrando la deformación en una zona en la cual se forma un cuello.

La deformación se concentra en la zona del cuello, provocando que la carga deje de subir. Al adelgazarse la probeta la carga queda aplicada en menor área, provocando la ruptura.

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 Figura 1.3. Diagrama esfuerzo-deformación de materiales

posible distinguir algunas características comunes a los diagramas de varios grupos de materiales y dividirlos en dos amplias categorías: materiales dúctiles y materiales frágiles.

La única diferencia entre ellos es la resistencia que alcanzan.

 3. ¿Influye la velocidad de aplicación de la carga en los ensayos? Explique.

Cuando en la norma particular del `producto no se indique la velocidad de ensayo, es recomendable usar, una de las que se indican a continuación.

Periodo o intervalo elástico, usar una velocidad igual o inferior al 5% de la longitud entre marcas por minuto ( 0.05% Lo/min) o un aumento de tensión de 10 N/mm^2.min.

Periodo o intervalo plástico, usar una velocidad igual o inferior al 40% de la longitud entre marcas por minuto ( 0.40 Lo/min).

Mantener constante la velocidad en ambas zonas y pasar de una velocidad a la otra en forma progresiva, evitando cambios bruscos

si por que entre mas lento se estire un material como el acero mayor es la elongación en el material  ante de fatigarse que es cuando se rompe el material.

     Otras

    1. Mencione tres objetivos específicos.

Calcular la ductilidad de cada uno de loa materiales ensayados. Calcular el modulo de elasticidad de cada uno de los materiales ensayados. Comparar los valores hallados para los módulos de elasticidad con los tabulados.

    2  Registre en las tablas 1.1 y 1.2 los datos de acuerdo con el

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    procedimiento.

    1 ¿Influye la temperatura en los resultados de las pruebas de tracción?

          Explique.

si por que las propiedades a la tracción dependen de la temperatura. el esfuerzo de cedencia, la resistencia a la tracción y el modulo de elasticidad disminuye a temperaturas mas altas, en tanto que, por lo general, la ductilidad se incrementa. 

    2. Dibuje en papel milimetrado y en una misma gráfica, las curvas

    esfuerzo-deformación para cada uno de los materiales ensayados. Analícelas

    y compárelas.

   

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     Calcule la ductilidad de cada uno de los materiales ensayados. Analice

    y compare.

  Probeta 1 

 

Probeta 2

    

 

¿Qué clase de fractura presentaron los materiales ensayados?

        La clase de fractura es fractura dúctil

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Máquinas de ensayo de tracción PCE-LTS20 / PCE-FTS50 / PCE-MTS500

(máquinas de ensayo de tracción mecánicos sin o con Weglineal accionados por motor)

Las máquinas de ensayo de tracción se usan en combinación con los medidores de fuerza de la serie PCE. Le ofrecen una solución ideal para las mediciones de tracción y compresión. El uso de las máquinas de ensayo de tracción garantizan una correspondencia precisa entre la matriz de prueba y la máquina de ensayo de tracción. Esto le permite conseguir resultados de medición de fuerza reproducibles. El rango de tracción o compresión que se puede usar en estos máquinas de ensayo de tracción es de un máximo de 509 kg (según el  modelo). El manejo se efectúa a través de una manivela o motor (con velocidad ajustable). Muchas veces se usan estas máquinas de ensayo de tracción con otros propósitos. Encontrará una visión general de las máquinas de ensayo aquí.

Máquina de ensayo de tracción PCE-LTS20 - longitud máxima de uso 345 mm - longitud total 530 mm (sin rueda manual) - diámetro de la rueda manual 120 mm - longitud de la base 250 mm - ancho de la base 230 mm - placa sobre la base (145 x 100 mm) - peso aproximado 7 kg - rango máximo de fuerza 1.000 N - con tornillos de ajuste

Puede adaptar los siguientes aparatos a esta máquina de ensayo (con la placa de montaje correspondiente):-  PCE-FM1000-  PCE-PCE-PTR

           

Máquina de ensayo de tracción PCE-FTS50   - con medida de longitud digital  - longitud máxima de uso 335 mm  - longitud total 540 mm (sin rueda manual)  - diámetro de la rueda manual 120 mm  - placa sobre la base (210 x 128 mm)  - peso aproximado 8,8 kg  - rango máximo de fuerza 500 N  - se envía sin medidor de fuerza

Puede adaptar los siguientes aparatos a esta máquina de ensayo de tracción (con la placa de montaje correspondiente):  - PCE-FM 50 / 200  - serie PCE-SH (sólo con célula dinamométrica    interna)  - PCE-PTR 200

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Máquina de ensayo de tracción PCE-MTS500  - accionado por motor  - recorrido vertical máx. 300 mm (según el    adaptador fijado o el recorrido vertical del    medidor de fuerza correspondiente se reduce a    200 mm)  - velocidad de recorrido 0 ... 240 m/min.    (regulable)  - modo de operación: de forma automática o    pulsando una tecla  - alimentación: 230 V /50 Hz  - dimensiones totales: 1020 x 400 x 260 mm  - posición de desconexión automática regulable  - peso aproximado 60 kg  - rango máximo de fuerza 5.000 N

Puede adaptar los siguientes aparatos a esta máquina de ensayo de tracción (con la placa de montaje correspondiente):  - serie PCE-FM  - serie PCE-SH (célula dinamométrica interna)  - PCE-SH 2K (célula dinamométrica externa)

Componentes adicionales - asideros de cuña, adaptador, gancho, ojales