Fundación Fundación Los Libertadores. Andres Andres Socha, Miguel Saenz, Andres hermoso, Alejandro Alejandro Castañeda.
1
/16-!E 0E L$+-$(-/- E267E8- 0E6-!$4/-1 71/($/$ 2oc'a $ndres, 2aenz !iguel, 9ermoso $ndres 4astañeda $le#andro 6710$4/-1 71/:E2/($/$ L-2 L/+E($0-E2
Resumen Resumen —
Los diversos elementos que forman parte de una obra de ingeniería, las partes de una estructura o los órganos de una máquina, deben tener un tamaño físico definido. Estas partes deben estar preparadas para resistir las fuerzas a las que puedan estar sometidas durante su vida útil. El ensao de tensión es la forma básica de obtener información sobre el comportamiento mecánico de los materiales. !ediante una máquina universal de ensaos se deforma una muestra o probeta del material a estudiar, aplicando la fuerza unia"ialmente en el sentido del e#e de la muestra. $ medi medida da que que se va defo deform rmand andoo la mues muestr tra, a, se va registrand registrandoo la fuerza fuerza %carga&, %carga&, llegando llegando generalmen generalmente te 'asta 'asta la fractu fractura ra de la pieza. pieza. $sí pues, el result resultado ado inmediato es una curva de carga frente a alargamiento, que transformados en tensión deformación, en función de la geometría de la probeta ensaada, aportan una información más general. Esta práctica tiene por ob#etivo defi defini nirr la resi resist sten enci ciaa elás elásti tica ca,, resi resist sten enci ciaa últi última ma plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas unia"iales. Abstract -
('e various elements t'at are part of an engineering )or*, t'e parts of a structure or t'e organs of a mac'ine, must 'ave a defined p'sical size. ('ese parts must be prepared to )it'stand t'e forces to )'ic' t'e ma be sub#ected during t'eir useful life. ('e stress test is t'e basic )a of obtaining information about abo ut t' t'ee mec mec'an 'anica icall be' be'avi avior or of t'e mat materi erials als.. + mean me anss of a un univ iver ersa sall te test stin ingg ma mac' c'in ine, e, a sam sampl plee or sample of t'e material to be studied is deformed b appling force unia"iall in t'e direction of t'e sample a"is. $s t'e sample deforms, t'e force %load& is recorded, generall reac'ing t'e fracture of t'e piece. ('us, t'e immedi imm ediate ate res result ult is a loa loadv dvers ersus usel elong ongati ation on cur curve, ve, )'ic )' ic', ', tr tran ansf sfor orm med in te tens nsio ionn an andd def efor orm mat atio ion, n,
L$+-$(-/- 0E E12$3- $ (E14/51
accord acco rdin ingg to t' t'ee ge geom omet etr r of t' t'ee sp spec ecim imen en te test sted ed,, provide more general information. ('is practice aims to defi de fine ne t' t'ee el elas asti ticc st stre reng ngt' t',, ul ulti tima mate te st stre reng ngt' t' an andd plasticit of t'e material )'en sub#ected to unia"ial forces.
Fundación Los Libertadores. Andres Socha, Miguel Saenz, Andres hermoso, Alejandro Castañeda.
INTRODUCCIÓN E1 EL ;-4E2- 0E 6-!$4/51 0E 71 /1-2 0E 4-!;-1E1(E2, 2/2(E!$2 3 ;-4E2-2 =7E 2E$1 4-16/$+LE2 3 E4-15!/4-2. E2(E L$+-$(-/- E2 E$L/8$0- 4-1 EL 6/1 0E 4-1-4E 4/E($2 ;-;/E0$0E2 !E4?1/4$2, 4-!- L$ 074(/L/0$0, /
2
MARCO TEÓRICO $ continuación se presentan, de manera general, los aspectos más importantes que se deben tener presentes para realizar la práctica.
Generalidades del ensayo de tensión Este ensao es utilizado para medir la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Esta prueba consiste en alargar una probeta de ensao por fuerza de tensión, e#ercida gradualmente, con el fin de conocer ciertas propiedades mecánicas de materiales en generalD su resistencia, rigidez ductilidad. 2abiendo que los resultados del ensao para un material dado son aplicables a todo tamaño formas de muestra, se 'a establecido una prueba en la cual se aplica una fuerza de tensión sobre una probeta de forma cilíndrica tamaño normalizado, que se mane#a universalmente entre los ingenieros. Este ensao se lleva a cabo a temperatura ambiente entre FG4 HIG4. $ continuación se presenta un dispositivo utilizado para realizar este tipo de ensaos %:er 6igura 1o. &.
OBJETIVOS B B B B
B
B B
4-1-4E L$ /!;-($14/$ 0E L$ ;7E+$ 0E (E12/51. 4-1-4E 3 !$1E@$ 4$0$ ;$(E 0E L$ !$=7/1$ 71/:E2$L 4-E4($!E1(E . LEE E /1(E;E($ L$2 71/0$0E2 !$1E@$0$2 ;- EL 4$L/+$0- =7E /10/4$ EL 0E2;L$8$!/E1(- 0E L$ ;E12$. 4-1-4E L$2 4$$4(EC2(/4$2 3 E2;E4/6/4$4/-1E2 =7E 2E 0E+E1 (E1E E1 L-2 !$(E/$LE2 $ 7(/L/8$ 4-!- L$2 ;-+E($2 0E $4E- 3 (E6L51. 2$+E !$1E@$ $0E47$0$!E1(E L$2 !-0$8$2 =7E 27@E($1 L$ ;-+E($, 3 $2C !/2!- <$$1(/8$ =7E L$ 67E8$ 2E$ E6E4(7$0$ E1 EL E@E 4E1($L 0E L$ !?=7/1$. 4-1-4E L$2 E2;E4/6/4$4/-1E2 0E L$ 1-!$ (A41/4$ 4-L-!+/$1$ 2-+E ;7E+$ 0E (E12/51. E2($ E1 4$;$4/0$0 0E /1(E;E($ L-2 0$(-2 $-@$0-2 ;- L$ ;?4(/4$ ;$$ L$ ;7E+$ 0E (E12/51.
L$+-$(-/- 0E E12$3- $ (E14/51
Co!ortaiento de los distintos ateriales "rente al ensayo# El comportamiento de los distintos materiales frente al ensao se encuentra ilustrado en la siguiente gráfica. La figura 1o. J muestra en forma cualitativa las curvas de esfuerzodeformación unitario normales para un metal, un material termoplástico, un elastómero un cerámico. En esta figura, las escalas son cualitativas distintas para cada material. En la práctica, las magnitudes reales de los esfuerzos las deformaciones pueden ser mu distintas entre sí. 2e supone que el material plástico está arriba de su temperatura de transformación vítrea %(g&, mientras que los materiales metálicos termoplásticos
Fundación Los Libertadores. Andres Socha, Miguel Saenz, Andres hermoso, Alejandro Castañeda.
muestran una región inicial elástica, seguida por una región plástica no lineal. (ambiKn se inclue una curva aparte para los elastómeros %es decir, 'ules o siliconas&, a que el comportamiento de esos materiales es distinto del de otros materiales polimKricos. ;ara los elastómeros, una gran parte de la deformación es elástica no lineal. ;or otra parte los cerámicos los vidrios solo muestran una región elástica lineal casi nunca muestran deformación plástica a temperatura ambiente. %:er figura 1o. J&.
$i%&ra '( 4urvas de esfuerzo deformación a la tensión, para distintos materiales. )a d&*tilidad La ductilidad es el grado de deformación que puede soportar un material sin romperse. 2e mide por la relación de la longitud original de la probeta entre marcas calibradas antes %lo& despuKs del ensao %lf&. Es"&er+o y de"ora*ión in%enieriles
L$+-$(-/- 0E E12$3- $ (E14/51
Es"&er+o y de"ora*ión real El esfuerzo real a diferencia del esfuerzo ingenieril, tiene en cuenta el área instantánea que se reduce a medida que avanza el ensao. El esfuerzo real %lb pulMJ& se puede definir con la siguiente ecuaciónD
Fundación Los Libertadores. Andres Socha, Miguel Saenz, Andres hermoso, Alejandro Castañeda.
Dia%raas es"&er+o , de"ora*ión El 0iagrama Esfuerzo N 0eformación es utilizado cuando se lleva a cabo el ensao de (ensión. Este tipo de graficas se pueden 'acer con los datos calculados esfuerzo de formación ingenieriles, o con los datos correspondientes a esfuerzo N de formación reales. $ continuación se presenta el diagrama de esfuerzo deformación para el caso de datos reales.
Donde( 2cedD esistencia en el punto de cedencia. 2rotD esistencia a la rotura. 2últD esistencia en el punto de esfuerzo último. &nto de Ceden*ia Es el momento en que la deformación de la pieza, debido a la carga que se le está aplicando, de#a de ser elástica se vuelve permanente o plástica, es decir que es el punto en el que se quita la fuerza e#ercida la probeta se devuelve a su longitud inicial. El esfuerzo inducido aplicado en el momento cuando el material llega a su punto de cedencia es en realidad la esistencia 4edente del !aterial, 2ced. En algunos materiales, la transición de deformación elástica a flu#o plástico es abrupta. Esa transición se llama fenómeno de punto de fluencia. En esos materiales, al comenzar la deformación plástica, el valor del esfuerzo ba#a primero desde el punto de fluencia superior %OJ&. El valor del esfuerzo sigue decreciendo oscila en torno a un valor promedio que se define como punto de fluencia inferior %O&. /nmediatamente despuKs, el esfuerzo empieza a crecer nuevamente, entrando a la región de deformación plástica
L$+-$(-/- 0E E12$3- $ (E14/51
En*&ellaiento 0ebido a las imperfecciones internas que poseen los materiales al no ser FFP 'omogKneos ni isotropicos %las propiedades físicas no dependen de la dirección de observación&, el sitio del Encuellamiento puede ocurrir en cualquier parte de la probetaQ por este motivo se reduce su sección central con el fin de que el Encuellamiento ocurra dentro del área demarcada de JFmm de longitud.
!
Fundación Los Libertadores. Andres Socha, Miguel Saenz, Andres hermoso, Alejandro Castañeda.
"
CARACTER.STICAS / ESECI$ICACIONES DE )A ROBETA $ continuación se presentan las características especificaciones de las probetas utilizadas en la prueba de (ensión. La probeta de ensao se obtiene generalmente por maquinado de una muestra del producto traba#ado en frio o fundido. La sección transversal de las probetas puede ser circular, cuadrada, rectangular o en casos especiales de cualquier otra forma.
Es"&er+o-de"ora*ión !ara ateriales es!e*iales En algunos materiales la resistencia de cedencia no se puede detectar fácilmente, en este caso se le llama esistencia de 4edencia 4onvencional %;roof 2trengt'&. Es una resistencia teórica que se define mediante una recta paralela a la zona de deformación elástica, desplazada F.JP 'acia la derec'a %en el origen&, cua intersección con la curva OR define el punto de resistencia convencional. %(ambiKn se utiliza el F.P, por norma&.
L$+-$(-/- 0E E12$3- $ (E14/51
0
ro1etas !ro!or*ionales Las probetas de ensao cua longitud inicial se relaciona con el área inicial de la sección transversal Lo S T $F, son llamadas ;robetas ;roporcionales. El valor adoptado internacionalmente para T es I.UI. La longitud calibrada inicial no puede ser menor a JFmm. 4uando el área transversal de la probeta es demasiado pequeña es necesario un valor de T más alto, de .H. 1-($D En nuestro caso el diámetro de la probeta utilizada para la práctica de tensión es de U mm. La norma internacional e"ige V pulgada. Esto invalida la prueba desde el punto de vista de una certificación oficial, más no desde el punto de vista de los resultados analíticos.
Fundación Los Libertadores. Andres Socha, Miguel Saenz, Andres hermoso, Alejandro Castañeda.
0
ro1etas a2&inadas Las probetas de ensao maquinadas deben tener una curva de transición entre los agarres de las mordazas la longitud paralela si estas son de diferentes dimensiones. Los e"tremos de agarre pueden ser de cualquier forma siempre cuando se adapten a las mordazas de la máquina. La longitud libre de las mordazas siempre debe ser maor que la longitud inicial calibrada. 0 ro1etas no a2&inadas 2i la probeta es de una longitud no calibrada, la longitud libre entre las mordazas debe ser suficiente para que las marcas calibradas queden a una distancia razonable de las mordazas. 0
Mar*a*ión de la lon%it&d ini*ial 3)o4 ;ara probetas proporcionales, el valor de la longitud calibrada inicial puede apro"imarse al múltiplo de Imm más cercano, cuidando que la diferencia entre la longitud calibrada calculada la marcada sea menor de FP de Lo. La longitud calibrada inicial se debe marcar con una precisión de W P. La marcación es un aspecto fundamental, a que al finalizar la prueba podremos medir la longitud final %Lf&, de esta forma calcular el P de elongación el cual es dependiente de las longitudes inicial final.
(
C>)CU)OS / $ORMU)AS UTI)I?ADAS EN )A R>CTICA $ continuación se presentarán las fórmulas utilizadas en la práctica se e"plicarán sus variablesD
C@l*&lo de la "&er+a de tensión 3$4 ;ara calcular la fuerza de tensión sobre la probeta se debe considerar el área del embolo interno sobre la cual se e#erciendo la presión medida por el manómetro de la prensa. Esto se puede representar por la siguiente fórmulaD
Donde( 6D 6uerza que se está e#erciendo sobre la probeta, %lb&. ;D ;resión marcada por el manómetro de la prensa, %lbspulgX&. $eD ?rea del Kmbolo de empu#e de la prensa %pulgX&. deD 0iámetro del Kmbolo %pulg&. %;ara este caso, este diámetro es de IU.Ymm&
Materiales
C@l*&lo de la d&*tilidad
0os probetas una de acero otra de teflón, M#$uina
La ductilidad se representa por los porcenta#es de elongación ó de reducción de área, los cuales se calculan de la siguiente maneraD
uni%ersal de ensa&os, calibrador 'ie de re&.
Medidas Te"lón( 56789 lon%it&d ini*ial :789 an*;o 57'< es!esor A*ero( <7=5 es!esor :#96 an*;o '87'6 lon%it&d ini*ial 2e utilizó el programa graff )orid.
L$+-$(-/- 0E E12$3- $ (E14/51
or*entae de Elon%a*ión El ;orcenta#e de Elongación representa la distancia que la probeta se alarga plásticamente antes de la fracturaD
Fundación Los Libertadores. Andres Socha, Miguel Saenz, Andres hermoso, Alejandro Castañeda.
)
or*entae de red&**ión de @rea Este porcenta#e tambiKn representa la deformación plástica antes de la fracturaD
ASOS ARA )A REA)I?ACIÓN R>CTICA DE TENSIÓN# ;ara calcular el área instantánea de la probeta se puede 'acer uso del principio de conservación del volumen total de la probeta, el cual no debe cambiar a pesar de que esta se estire como resultado se reduce su área transversalD
Res<ados o1tenidos
L$+-$(-/- 0E E12$3- $ (E14/51
DE
)A
$ continuación se e"plicará de manera detallada los pasos que se tienen que realizar para llevar a cabo con K"ito esta prácticaD
<# ealizar la medida de la longitud el diámetro inicial de ambas probetas a utilizar en la prueba, con la auda de un calibrador pie de re. Es importante que se realice una marca con la auda de un marcador en las probetas, que indique el lugar donde se van a realizar las mediciones del diámetro la correspondiente a la longitud inicial Lo. '# Es importante recordar que es necesario que las mordazas se deben a#ustar convenientemente con las manos, para cuando se lleve la probeta entre perfectamente luego, se a#ustan bien, manualmente. 9a que asegurarse que la probeta está alineada, es decir, que coincida con las marcas presentes en los soportes. 5# se establecerá el punto inicial de la prueba, de esta manera se puede registrar en las tablas la lectura inicial del calibrador instalado en la máquina. 9# $ccionar de nuevo el equipo 'asta lograr una lectura en el manómetro de JFF ;si. ;osteriormente se procede a consignar en la tabla de toma de datos la lectura del calibrador el diámetro de la probeta, de JFF en JFF psi. :# Este procedimiento se repite 'asta encontrar de manera e"perimental el punto de encuellamiento. 7na vez encontrado este punto dentro de la práctica se procederá a aplicar presiones pequeñas de manera lenta, para lograr con esto captar las variaciones de presiones poder consignar de esta manera los datos en las respectivas tablas.
Fundación Los Libertadores. Andres Socha, Miguel Saenz, Andres hermoso, Alejandro Castañeda.
6# se aflo#an las mordazas de la máquina. # 7na vez se cuenten con todos los datos e"perimentales, el estudiante procederá a realizar los cálculos pertinentes de esta manera realizar el análisis de los resultados obtenidos en la práctica.
BIB)IOGRA$.A
L$+-$(-/- 0E E12$3- $ (E14/51
*
$2TEL$10, 0onal ., Z4iencia e /ngeniería de los !ateriales[, ('omson Editores. !K"ico, \\Y. <--:E, !i*ell ;., Z6undamentos de !anufactura !oderna[ ;rentice 9all. !K"ico \\]. 4apítulo H Z;ropiedades !ecánicas de los materiales[ 4$LL/2(E, ^illiam. Z!aterials science and Engineering an introduction[ @o'n ^ile _ 2ons. /nc. !K"ico, JFF].
