I.
ENSAYO DE TRACCÍON DE UN MATERIAL METALICO DUCTIL
II. OBJETIVOS: 2.1.- Realizar el ensayo de tracción de un material metálico dúctil. 2.2.- Construir el grafico tensión vs deformación, con los datos de carga vs alargamiento, obtenidos de un ensayo de tracción previo. 2.3.- Interpretar la curva de fluencia y obtener los datos básicos de resistencia mecánica y de ductilidad. 2.4.- Determinar el grado de deformabilidad del material ensayado.
III. FUNDAMENTO TEORICO 3.1
ENSAYO DE TRACCION: Es uno de los ensayos mecánicos más común. El ensayo de tracción puede ser utilizado para determinar varias propiedades de los materiales. Normalmente se deforma una probeta hasta rotura, con una carga de tracción que aumenta gradualmente y que es aplicada úniaxialmente a lo largo del eje de la probeta. De ahí se tomaran los datos de alargamientos arrojados por la maquina; estos datos servirán para graficar la curva tensión media (σ) vs deformación media (e).
Tensión media o de ingeniería: Es la tensión promedio que soporta el área á rea a la cual se está sometiendo la carga; se calcula dividiendo la carga por el área de la sección transversal inicial de la probeta. P
AO
Deformación lineal media: Es la deformación promedio que sufre el área transversal de la probeta debido a la aplicación de la carga; se obtiene al dividir el alargamiento de la distancia entre puntos de la probeta por su longitud original.
e
L
LO
L f
LO
LO
Curva tensión vs deformación:
P: punto límite de fluencia Q: limite elástico R: punto limite elástico convencional S: punto máximo de ruptura T: punto de rotura
3.2
PARAMETROS DE RESISTENCIA MECANICA:
Resistencia máxima a la tracción: Es la tensión máxima que soporta un metal antes de fracturarse, antes de la estricción.
Tensión del límite elástico: Es la tensión máxima que soporta la probeta antes de deformarse plásticamente.
Tensión del límite elástico convencional o de resistencia a la cedencia (): Es un límite elástico aparente que acepta una pequeña deformación en la probeta y nos señala el paso del estado elástico al plástico de la probeta. Se calcula dividiendo una aciaga correspondiente a una pequeña deformación plástica especificada ( = 0.02), dividida por el área de la sección transversal inicial de la probeta.
Módulo de elasticidad (ɛ): Es la pendiente de la parte lineal inicial de la curva tensión media (σ) vs deformación media (e), es el módulo de elasticidad o módulo de Young “Ɛ” el cual nos señala la rigidez del material.
3.3
e
PARAMETROS DE DUCTILIDAD:
alargamiento de rotura: %elongacion
LO
LO
x100
estricción: %estriccion
3.4
L f
AO Af AO
x100
NORMALIZADO DE PROBETAS: Las probetas antes de realizar el ensayo de tracción deben de ser normalizadas con la intensión de estandarizar en función de sus dimensiones por medio de normas, aquí algunas:
IRAM – IAS U 500 – 102 (INSTITUTO ARGENTINO DE NORMALIZACION, www.iram.gov.ar/) ASTM E8, E 8M y relacionados (American Society for Testing and Materials, www.astm.org/) DIN 50125 (Deutsches Institut für Normung, www.din.de/) ISO (International Organization for Standardization, www.iso.ch/ )
3.5
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DE LAS CURVAS DE TENSION VS DEFORMACION:
La composición química: En el caso de los aceros mientras más alto sea él % de carbono en el material su curva de tensión vs deformación tiende a ser más al de un material frágil a diferencia de los que tienen bajo % de carbono que su grafica tiende a parecerse más a la de un material dúctil.
Los tratamientos térmicos: Dependiendo del tipo de tratamiento que se le haga a la probeta la diferencia se ve en la longitud de la recta la cual aumenta o disminuye.
La velocidad de deformación: Es aquí donde ocurre el fenómeno del punto de fluencia, el cual varía en tiempos cortos como una milésima de segundo más no en tiempos largos.
La temperatura: En este caso varia la zona creep dependiendo las condiciones de temperatura la cual se encuentre el material como por ejemplo a temperaturas altas la zona de creep aumenta considerablemente en cambio a temperaturas bajas este se vuelve frágil y disminuye la zona de creep.
3.6
historia anterior: En este caso varía toda la curva en general dependiendo de los fenómenos a los cuales halla estado sometido e l material antes de su uso.
IV.- MATERIALES Y EQUIPOS. Materiales. -
Papel milimetrado Calculadora Vernier Probeta estandarizada
Equipos. -
Máquina de Tracción.
V.- PROCEDIMIENTO.
Se coloca la probeta normalizada en la máquina de tracción, sujeta en sus extremos por medio de las mordazas. Se aplican cargas progresivas a la probeta, en sentido axial, las cuales provocarán que se vaya alargando en longitud y adelgazando en sección (estricción) de manera progresiva hasta alcanzar la fractura de la pieza. La máquina, a su vez, mide la carga aplicada instantáneamente y la deformación o alargamiento resultante. A partir de estos datos construimos la gráfica Esfuerzo vs. Deformación, ubicando en el eje de las ordenadas la tensión media (cociente entre las fuerzas y el área de sección transversal) mientras que en la abscisa la deformación lineal media (cociente entre el alargamiento y la longitud inicial entre puntos de la probeta) Una vez obtenida la gráfica tensión vs deformación, a partir de ésta hallamos los parámetros de resistencia mecánica del material, tales como:
Módulo de Elasticidad. Limite proporcional. Resistencia a la tracción. Tensión de rotura para el área original. Tensión de rotura como el área final. Límite de fluencia convencional. % Elongación % Estricción.
Datos de un ensayo de tracción de un acero de bajo carbono, donde el diámetro inicial de la probeta es de 0.505”; distancia inicial entre puntos dela probeta es de 2”; limite elástico aparente es de 6200 Lb; carga de ruptura es de 6800 Lb; distancia final entre puntos es de 2.87” y el diámetro final de la probeta rota es de 0.266” CARGA
ALARGAMIENTO
500
0.00016
1000
0.00032
1500
0.00052
2000
0.00072
2500
0.00089
3000
0.00105
3500
0.00122
4000
0.00138
4500
0.00154
5000
0.00175
5500
0.00191
6000
0.00204
6300
0.02
7000
0.06
7500
0.08
8500
0.12
9600
0.18
10000
0.26
10100
0.3
10200
0.5
10050
0.58
9650
0.62
9100
0.7
8100
0.76
DATOS:
PB = 6200 Lb-f Protura = 6800 Lb-f D inicial = 0.505 pulg
ΔL final = 2.87 pulg D final = 0.266 pulg
Graficar la curva tensión vs deformación Con las ecuaciones de tensión y deformación media se llegó a los valores mostrados en la siguiente tabla.
P Ao
e
L f
Lo
Lo
e
ESFUERZO
e
ESFUERZO
0.00008
2496.297554
0.01
31453.34918
0.00016
4992.595108
0.03
34948.16575
0.00026
7488.892662
0.04
37444.46331
0.00036
9985.190216
0.06
42437.05842
0.000445
12481.48777
0.09
47928.91303
0.000525
14977.78532
0.13
49925.95108
0.00061
17474.08288
0.15
50425.21059
0.00069
19970.38043
0.25
50924.4701
0.00077
22466.67798
0.29
50175.58083
0.000875
24962.97554
0.31
48178.54279
0.000955
27459.27309
0.35
45432.61548
0.00102
29955.57065
0.38
40440.02037
Módulo de elasticidad: Utilizando en método de mínimos cuadrados en el intervalo en las abscisas (deformación unitaria) [0.0008; 0.00102] y el de las ordenadas (esfuerzo) [2496.2976; 29955.571] nos da un módulo de elasticidad: 35000 y = 28,909,123.65x - 35.45 R² = 1.00
30000 25000 O20000 Z R E U F S 15000 E
10000 5000 0 0
0.0002
0.0004
0.0006 e
E 28'909123.65
Lb. f pul 2
Limite proporcional: De la gráfica construida “ vs e ” obtenemos que: 29955.57
Lb. f pul 2
Resistencia a la tracción: De igual manera obtenemos de la gráfica construida: 50924.47
Lb. f pul 2
0.0008
0.001
0.0012
Tensión de fractura para el área inicial: Protura
Ao
6800 Lb. f
DO2
4 P rotura
rotura
Ao
DO
0.505
0.505 pul 2
2
4 6800 Lb. f
0.505
2
33949.73
Lb. f
2
pul
4
Tensión de fractura para el área final: Protura
6800 Lb. f
D f 2
A f
4 P rotura
rotura
A f
Df
0.266
2
4 6800 Lb. f
2
0.266 pul
0.266
2
169512.67
Lb. f
pul 2
4
Límite de fluencia convencional: Es el límite de fluencia para el 0.2% de deformación permanente.
P B Ao
6200 Lb. f DO2
aparente
4
DO 0.505 pu l
0.505
P aparente Ao
2
4
6200 Lb. f
0.505
2
4
El % de elongación: % elongacion % elongacion
L f
LO
LO
x100
2.87 2
2 % elongacion 43.5%
x100
30954.16
Lb. f pul 2
El % de estricción: DO
D f 0.266
0.505
% estriccion
D 4
2 O
4
2
D f
x100
DO
% estriccion
0.505 4
2
0.266
0.505
4 % estriccion 72.26%
2
2
x100
