Ensayo a Tracción

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Ensayo a Tracción

  1. 1. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales 1. INTRODUCCIÓN El ensayo a tracción es la forma básica de obtener información sobre elcomportamiento mecánico de los materiales. Mediante una maquina de ensayos sedeforma una muestra o probeta del material a estudiar, aplicando la fuerzauniaxialmente en el sentido del eje de la muestra. A medida que se va deformandola muestra, se va registrando la fuerza (carga), llegando generalmente hasta lafractura de la pieza. Así pues, el resultado inmediato es una curva de carga frente aalargamiento, que transformados en tensión y deformación, en función de lageometría de la probeta ensayada, aportan una información más general. Esta práctica tiene el objetivo inmediato de ilustrar, mediante laexperiencia, las propiedades mecánicas de los materiales que se derivan a partirde un ensayo a tracción. Con esta práctica se desea también que se consigan lossiguientes propósitos: Familiarizarse con el proceso de obtención de las propiedades mecánicas de metales ferrosos y no ferrosos, empleando el ensayo de tracción. Conocer como se fijan las condiciones de ensayo, como se realiza el ensayo y que información se puede extraer a partir de los datos registrados y como. Utilizar una maquina de ensayos mecánicos y tener una visión de su versatilidad y posibilidades para caracterizar mecánicamente los materiales. Para ello se trabajará con el equipo de ensayos mecánicos Microtest EM1-50ubicada en el laboratorio de materiales, con 50kN de capacidad máxima de carga,como la mostrada en la imagen. Los ensayos a tracción se realizaran en probetascon forma de prisma rectangular y otras con geometría estandarizada. Extremo Extremo fijo fijo Centro Centro Extremo Extremo móvil móvil Ilustración 1. Equipo de ensayo Microtest EM1-50. Geometría de las probetas.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 2
  2. 2. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales 2. FUNDAMENTO TEÓRICO Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectúanensayos para medir su comportamiento en distintas situaciones. Uno de los ensayosdestructivos más importante es el ensayo de tracción, en donde se coloca unaprobeta en una máquina de ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otramóvil y se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de lamordaza móvil. La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvila una velocidad constante. La celda de carga conectada a la mordaza fija entregauna señal que representa la carga aplicada, las máquinas poseen un software quedibuja los resultados gráficos en un eje el desplazamiento y en el otro eje la cargaleída. La Ilustración 2 muestra el gráfico obtenido en una máquina de ensayo detracción para un acero. Ilustración 2. Posible curva Fuerza-Deformación de un acero. Las curvas tienen una primera parte lineal llamada zona elástica, en donde laprobeta se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la probetaregresa a su longitud inicial. Se tiene entonces que en la zona elástica se cumple: donde representa el valor de la fuerza aplicada, hace referencia a laconstante del resorte, longitud bajo carga e inicial son respectivamente y . Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material alcanza el punto defluencia, desde donde el material comienza a sufrir una deformación permanente. Apartir de este punto, si se elimina la carga, la probeta resultaría más larga que alprincipio. Deja de ser válida nuestra fórmula y generalmente se diceque ha comenzado la zona plástica del ensayo de tracción. El valor límite entre lazona elástica y la zona plástica se denomina punto de fluencia y a la fuerza que loprodujo la designaremos como .Jaime Martínez Verdú Máster TIT 3
  3. 3. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales Luego de la fluencia sigue una parte inestable, que depende de cada acero,para llegar a un máximo en . Entre y la probeta se alarga enforma permanente y repartida a lo largo de toda su longitud. En la probetamuestra su punto débil, concentrando la deformación en una zona en la cual seforma un cuello. La deformación se concentra en la zona del cuello, provocandoque la carga deje de aumentar. Al adelgazar la probeta, la carga queda aplicada enmenor área, provocando la ruptura. La Ilustración 3 muestra la forma de la probetaal inicio, al momento de llegar a la carga máxima y luego de la ruptura. Ilustración 3. Simulación de una probeta sometida a fuerzas de tracción. Para expresar la resistencia en términos independientes del tamaño de laprobeta, se dividen las cargas por la sección transversal inicial , obteniéndose: Resistencia o Tensión de fluencia: Resistencia o Tensión de tracción: A partir de los valores obtenidos en el gráfico Fuerza-Desplazamiento, sepuede obtener la curva Esfuerzo-Deformación - . El esfuerzo , que tieneunidades de fuerza partido por área, ha sido definido anteriormente, y acontinuación se definirá la deformación unidimensional: En la Ilustración 4 se presenta un ejemplo del gráfico Esfuerzo-Deformaciónde un acero.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 4
  4. 4. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales Ilustración 4. Posible curva Esfuerzo-Deformación de un acero. Como puede observarse en la gráfica, en la zona elástica se cumple lasiguiente relación matemática: donde el valor E es el módulo de Young. Ilustración 5. Efecto de carga y descarga en un ensayo de tracción. Durante el ensayo de tracción, si se descarga la probeta, luego de alcanzarla zona plástica, pero antes de producirse la ruptura, la curva Esfuerzo-Deformacióncambia de forma. La longitud de la probeta tiende a recuperarse, pero no alcanza lalongitud inicial, quedando con una longitud resultante mayor, que se denominadeformación permanente. A nivel gráfico, la curva se devuelve con la pendiente dela zona elástica (Ilustración 5). Finalmente, si la curva - del material no presenta claramente dóndetermina la zona elástica y comienza la zona plástica, se define como punto defluencia al correspondiente a una deformación permanente del 0,2%.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 5
  5. 5. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales En general la curva tensión-deformación así obtenida presenta los puntoscaracterísticos siguientes: 1. Límite de proporcionalidad: El primer tramo del ensayo existe una relación lineal entre la tensión aplicada y la deformación producida. Este coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material, así, en general los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. En esta zona se cumple la Ley de Hooke descrita anteriormente. Tensión (σ) = Módulo de Young (E) x Deformación unitaria (ε). 2. Límite elástico: Hasta este punto, las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta y son de pequeña magnitud y si se retirara la carga aplicada la probeta recuperaría su forma inicial. A partir del punto de fluencia, el material entra en la zona de deformación plástica, de forma que 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. 3. Límite de fluencia. A partir de este punto aparece una 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 movimiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Una vez alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. 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. 4. Punto de máxima tensión. Es el punto máximo de la gráfica - , es decir, la máxima tensión que es capaz de soportar el material. A partir de este punto, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, denominada zona de estricción. 5. Tensión de rotura: En la zona de estricción, continuarán acumulándose las deformaciones hasta la rotura de la probeta por esa zona. La estricción es la responsable del descenso de la curva - ; 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.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 6
  6. 6. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales En un ensayo de tracción, pueden determinarse diversas características delos materiales elásticos: El Módulo de elasticidad o Módulo de Young (E) que cuantifica la proporcionalidad. El Coeficiente de Poisson (μ) que cuantifica la razón entre el alargamiento longitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza. El Límite de proporcionalidad es el valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada. El Límite elástico es el valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse la deformación plástica. En general se toma como valor práctico el valor de la tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2 %, 0,1 %,…) en función del extensómetro empleado. La Tensión de rotura o resistencia a la tracción es la carga resistida por la probeta cuando es dividida por la sección inicial de la probeta. El Alargamiento de rotura es el incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento. La Estricción es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura. Ilustración 6. Ejemplo de obtención de características mecánicas de un acero.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 7
  7. 7. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales 3. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE ENSAYO Para llevar a cabo los ensayos de tracción (tensión-deformación) propuestosen esta práctica, se utilizará un dispositivo de ensayo estático conectado, mediantebus de datos, a una computadora externa. Recordemos que esta máquina de ensayo está siendo comercializada por laempresa MicroTest y pertenece a la gama EM1-50 y viene equipada para ensayosde tracción de metales (mordazas neumáticas MN-150) y sistema de control ymedida por ordenador SCM3000. Las máquinas de ensayo EM1-50 cubren una amplia gama de rangos decarga para aquellos ensayos de tipo estático o cuasiestático (aquellos que seejecutan lentamente). Además, se pueden emplear para todo tipo de materiales:metales, plásticos, textiles, cauchos,... En concreto, el equipo empleado en estapráctica es capaz de generar fuerzas de hasta 50 kN. De forma general y resumida, los componentes que forman parte del equipode ensayo disponible en el laboratorio de materiales vienen enumerados ydescritos a continuación: ¾ BANCADA: Aloja en su interior un actuador electromecánico, compuesto generalmente por: motor, reductor, polea de transmisión, husillo a bolas y tuerca. Sobre la bancada se sustenta el marco de ensayos. ¾ MARCO DE ENSAYOS: Se trata de un marco de carga de alta rigidez con dos columnas en acero y una plataforma base inferior sobre la bancada (alojando el conjunto tuerca-husillo a bolas transmisor del esfuerzo). Las dos columnas sirven además de guías laterales para el desplazamiento del puente móvil y el posicionamiento del puente superior. El puente fijo superior (posicionable en altura a lo largo de las columnas) lleva incorporada una célula de carga. El puente móvil va unido a la cabeza del husillo, de forma que es accionado y guiado por el mismo a lo largo de las columnas-guía. ¾ ACTUADOR: El sistema de carga de la máquina funciona mediante un husillo a bolas de aplicación universal (de doble efecto: tracción/compresión). El accionamiento se controla a través de un motor de corriente continua, que proporciona el par adecuado a través de un sistema de reducción. ¾ CONTROL, MEDIDA Y REGISTRO DE DATOS: El control y medida de los ensayos se efectúa con ordenador. El equipo disponible en el laboratorio emplea el sistema de control y medida SCM3000 de Microtest: Control y lectura de fuerza, recorrido, deformación,...Jaime Martínez Verdú Máster TIT 8
  8. 8. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales 3.1 Descripción del equipo I: Hardware En este sistema, la carga es aplicada mediante un sistema de husilloactuador centrado en el marco de ensayos de la máquina, que junto a las columnasde la máquina, proporcionan una alta rigidez al conjunto. El puente inferior móvil es accionado por el husillo a bolas y guiado en sumovimiento por las columnas laterales. Efectivamente, el recorrido del puenteviene prefijado por el recorrido del husillo. Ilustración 7. Esquema de un equipo de ensayo Microtest EM1-50. El husillo se caracteriza por ser un elemento de doble efecto y porque sumovimiento se consigue mediante un motor de corriente continua, incorporando unencoder óptico para la medida de la posición. La transmisión se efectúa al husillo a través de la tuerca (que aloja losrodamientos) y por medio de un sistema de poleas que transmite la potencia alhusillo desde la salida del conjunto motor-reductor.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 9
  9. 9. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales A diferencia de los sistemas de tipo hidráulico, el sistema electromecánicose caracteriza principalmente por: ¾ Tener una alta estabilidad (fundamental a velocidades de carga lentas o en ensayos de larga duración). ¾ Ser capaz de mantener la carga en sus valores especificados durante intervalos suficientemente largos, con error menor del 0,5% de la carga aplicada. Los sistemas electromecánicos con medida de fuerza incorporan untransductor de fuerza, o célula de carga, que proporciona una medida de la cargamás precisa que los captadores de presión empleados en los sistemas hidráulicos,cuya medida está afectada, por ejemplo, por la temperatura del aceite. La velocidad de ensayo en control por recorrido se gobierna de formadigital, mediante un codificador óptico incremental situado en el eje del motor, conlo que se regula con muy alta precisión el movimiento del mismo, al multiplicar porla relación de reducción completa del sistema. 3.2 Descripción del equipo II: Software El programa SCM3000, es un sistema diseñado para la ejecución automáticade ensayos sobre las máquinas de Microtest. Este software privado dispone de unentorno gráfico en Windows donde el usuario puede, entre otras características: Control directo de todas las funciones de la maquina desde el PC. Realizar adquisiciones de datos. Crear y ejecutar procesos automáticos de ensayos. Personalizar los resultados de los ensayos. Configurar el informe de resultados suministrado por el sistema. Incorporar niveles de acceso por usuarios, a las distintas partes de la aplicación. Ilustración 8. Imágenes del software SCM3000.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 10
  10. 10. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales 4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Durante el ensayo se miden elongación de la probeta y carga aplicada: Con esos datos se calculan tensiones y deformaciones se traza la curva correspondiente. De la curva se obtienen el módulo elástico, la tensión de fluencia, la tensión máxima y la deformación a fractura (como una medida de la ductilidad). Después de la fractura, la longitud final y la sección se usan para calcular elongación porcentual y reducción de área porcentual, que indican ductilidad del material. En resumen, se podría decir que las instrucciones a seguir para larealización de los ensayos de tracción de la práctica son las siguientes: Verificación de las unidades. Verificación de la carga máxima admitida. Control de la tasa de desplazamiento de la celda y la del actuador. Colocación del desplazamiento preestablecido (valor, forma de onda y velocidad). Colocación en las ventanas de configuración las variables a controlar visualmente. Obtener la ventana de gráficos (desde ese momento comienza a registrar). Empezar el ensayo con el botón start Concluir el ensayo (después de ruptura) con stop. Si no se llega a ruptura con los valores previstos, se deberá repetir cambiando los valores. Grabar el archivo de datos. 4.1 Preparación del ensayo Antes de comenzar el ensayo es necesario que la máquina se encuentre enla posición 1 (posición de puesta en marcha). Mordazas Parada de emergencia En servicio (verde) Movimiento manual Puesta de las mordazas en marcha Ilustración 9. Esquema del dispositivo en la posición 1.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 11
  11. 11. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales Posteriormente se procederá a encender el ordenador y pinchar en el iconoadecuado para acceder al programa SCM3000, que es el sistema diseñado para laejecución automática de ensayos. La pantalla aparecerá dividida en 5 paneles tal ycomo se muestra en la ilustración siguiente. Posición Control motor y Tipo de Paneles movimiento control Ilustración 10. Distribución de bloques del software SCM3000. En el panel Tipo de control seleccionamos Manual. En el panel denominadoPaneles seleccionamos General. Al activar este control podemos configuraralgunos parámetros: En Configuración movimiento podemos seleccionar cómo queremos que se mueva la mordaza superior: ¾ Movimiento de la mordaza hacia arriba. ¾ Movimiento de la mordaza hacia abajo. En Variable de Control seleccionamos Posición. Colocamos la muestra en las mordazas. Las mordazas se pueden movermanualmente utilizando el botón o bien automáticamente seleccionando elmovimiento de las mordazas en configuración de movimiento. Una vez colocada la muestra debemos asegurarnos que el movimiento de lamordaza es hacia arriba. Si el último movimiento fue hacia abajo debemoscambiarlo en configuración de movimiento. En sensibilidad de ruptura será posible seleccionar la sensibilidad en tantospor ciento (%) respecto a la variable fuerza en cada momento. Es decir, si la fuerza“cae” más allá de un % prefijado del valor actual, se detectará rotura y la máquinase parará. (Posición habitual 50%) En la parte inferior izquierda se encuentra el panel con el control del motory movimiento. Siempre que se desee que la máquina funcione tendremos queaccionar el botón Motor. En la parte superior derecha hay un panel que informa sobre la Posición delas mordazas y la Fuerza. En la opción Fuerza se debe pulsar el botón cero paraponer el valor de la fuerza a cero. La Posición refleja la distancia entre eltransductor y la base, y dependerá del tamaño de la probeta que vamos a romper.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 12
  12. 12. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales 4.2 Inicio del ensayo En tipo de control se debe pulsar control manual. En el Panel deadquisición aparecerá el nombre del ensayo de manera automática, pudiendocambiarlo escribiendo en el recuadro habilitado para ello. Se seleccionaAutoescala y Activar Adquisición. Posteriormente procedemos con la siguientesecuencia: Activar motor Iniciar Marcha En la pantalla podemos observar cómo va variando la fuerza y la posición ytambién se va dibujando la curva Tensión-Deformación. Cuando se rompa laprobeta se debe detener la adquisición y parar el motor. En el panel superior izquierdo nos aparecerá el gráfico del ensayorealizado. Pulsando el botón Cursores se pueden observar los datos relevantes delgráfico. Para el análisis y tratamiento de los datos, salir del panel de control ypinchar en el icono Tratamiento de Datos. Ilustración 11. Pantalla del software SM3000.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 13
  13. 13. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales 4.3 Preparación y Elaboración de Datos Una vez se han obtenido los datos procedentes de la plataforma informáticaSCM3000 es necesario realizar una conversión de tipología de datos. Del formato de datos tal y como los entrega el software, ha de realizarse unareconstrucción orientada a un documento basado en el programa Excel de lacompañía Microsoft adecuado para el tratamiento de hojas de cálculo. A continuación, se procederá a enumerar los pasos para pasarlos a una hojade cálculo: FASE 1:CONVERSIÓN. En el menú Archivo – Abrir – Todos los archivos (*.*) – seleccionar… Posteriormente se selecciona el fichero donde están disponibles los datos del ensayo. Se abre el Asistente para importar texto donde hemos de hacer lo siguiente: ¾ Paso 1 de 3: Se selecciona: - Delimitados. - Comenzar a importar en fila 1. - origen del archivo Windows ANSI. - Siguiente. ¾ Paso 2 de 3: - Separadores punto y coma. - Calificador de texto “. - Siguiente. ¾ Paso 3 de 3: - Formato de datos general. - Finalizar. FASE 2: ARREGLO DE GRÁFICAS. ¾ Paso 1 de 3: Se eliminan las filas iniciales donde los valores de fuerzas son negativos. ¾ Paso 2 de 3: Se eliminan las filas finales donde se produce la caída súbita de la carga. ¾ Paso 3 de 3: Se trazan las rectas de ayuda para obtener la información procedente de las gráficas.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 14
  14. 14. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales 5. Resultados experimentales Antes de comenzar con la toma de datos de cada experimento o ensayo hade procederse a dimensionar la probeta. Para medir las dimensiones de cadaprobeta se procede a utilizar un calibre o pie de rey mediante el cual se mide ellargo, ancho y espesor de la probeta. Posteriormente, se procede a dibujar unasmarcas sobre una de las caras de la probeta de modo que éstas queden a 1 cm unade otra. Una vez tomados los datos necesarios y dibujadas las líneas, se procederá acolocar la probeta entre las mordazas. En el caso de que las mordazas no quedencoplanarias, será necesario emplear una pequeña precarga del sistema . Una vezinsertada y colocada la probeta entre las mordazas del dispositivo de ensayo seprocederá a medir la distancia entre mordazas de modo que podamos medir lalongitud L0 (la medida de L0 se tomará después haber realizado la precarga, encaso de ser necesario). En todos los experimentos se seleccionará una velocidad 100 N/s y un fin decarga 50 kN. Posteriormente, se referencia el sistema a cero y se pone a memo.Respecto a la sensibilidad a la rotura, podemos decir que el dispositivo esextremadamente sensible, es decir, ante cualquier tipo de variación grandedetectará una rotura y dejará de funcionar. Otro extremo es aquel en el que elsistema está mal condicionado también por lo que se puede romper la pieza y lamáquina continua con el proceso.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 15
  15. 15. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales 5.1 ACERO Una vez llevado a cabo la medición de las dimensiones de la probeta seobtuvo como resultado: 200 mm de largo, 20,9 mm de ancho, 1,6 mm de espesor y 131,5 mm de la longitud entre mordazas. Algunos de los resultados que pudieron obtenerse de las marcas realizadasen la probeta son: Elongación en mm de la probeta: 49,5 mm. = ((131,5 + 49,5) - 131,5)/131,5 Æ 37,64% (que es menor). Se eligen N marcas para un sentido y otro, y se mide la distancia. Se mide la diferencia entre una marca hacia arriba y hacia abajo: o Lo que debía medir 3 cm, una vez llevado a cabo el ensayo mide 4,8 cm: (3 marcas) = (48-30)/30 Æ 60,00 %. o Lo que debía medir 3 cm, una vez llevado a cabo el ensayo mide 7,3 cm: (5 marcas) = (73-50)/50 Æ 46,00 %. Tal y como puede observarse en los cálculos anteriores, en la zona de roturaaparecen valores de elongación mayores que los que existen en el total de laprobeta (de un 60 % en la zona centra alcanzamos un 36 % para la probetacompleta). Este fenómeno es debido a que la elongación no es homogénea en laprobeta de acero. A continuación, se enumeran los parámetros o propiedades mecánicas quese pueden obtener del ensayo de tracción para la probeta de acero: Módulo de Young (E): 218,9 GPa Tensión de fluencia al 0,2% ( 0,2%): 203 MPa Tensión máxima( uts): 313 MPa Tensión de rotura( rot): 240 MPaJaime Martínez Verdú Máster TIT 16
  16. 16. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales Fuerza Deformación Posición Tiempo Fuerza Elongación Esfuerzo 2 (kN) (mm) (mm) (s) (N) (%) (N/mm ) -0,001532078 0,1162755 0 0,0 -2 0,01% 0 -0,001532078 0,1162755 0 0,1 -2 0,01% 0 -0,001532078 0,1165044 0 0,2 -2 0,01% 0 -0,004596233 0,1165044 0 0,3 -5 0,01% 0 -0,001532078 0,1162755 0 0,4 -2 0,01% 0 -0,001532078 0,1162755 0 0,5 -2 0,01% 0 0,000000000 0,1162755 0 0,6 0 0,01% 0 0,004595995 0,1162755 0 0,7 5 0,01% 0 0,010724070 0,1165044 0 0,8 11 0,01% 0 0,021448370 0,1162755 0 0,9 21 0,01% 1 0,033704520 0,1162755 0 1,0 34 0,01% 1 0,044428830 0,1162755 0 1,1 44 0,01% 1 0,055152890 0,1162755 0 1,2 55 0,01% 2 0,065877200 0,1162755 0 1,3 66 0,01% 2 0,078133340 0,1162755 0 1,4 78 0,01% 2 0,088857650 0,1162755 0 1,5 89 0,02% 3 … … … … … … … Tabla 1. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de acero. 350 uts = 313 300 250 250 rot = 240 200 0.2% = 203,32 200 (MPa) E = 21894 MPa 150 y = 21894x - 70,7 Tensión 150 100 50 100 0 0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00% 50 0 0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00% 35,00% 40,00% Elongación (%) Ilustración 12. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de acero.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 17
  17. 17. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales 5.2 LATÓN Una vez llevado a cabo la medición de las dimensiones de la probeta seobtuvo como resultado: 200 mm de largo, 20,2 mm de ancho, 1,9 mm de espesor y 132 mm de la longitud entre mordazas. Algunos de los resultados que pudieron obtenerse en la probeta son: Elongación en mm de la probeta: 82,4 mm. = ((132 + 82,4) - 132)/132 Æ 62,42 % (que es menor). = (194 - 132)/132 Æ 46,97 % (midiendo las marcas realizadas). = (210 - 132)/132 Æ 59,09 % (midiendo entre las marcas realizadas por Matías, línea donde terminaban las mordazas). Se eligen N marcas para un sentido y otro, y se mide la distancia. Se mide la diferencia entre una marca hacia arriba y hacia abajo: o Lo que debía medir 3 cm, una vez llevado a cabo el ensayo mide 4,5 cm: (3 marcas) = (45-30)/30 Æ 50,00 %. o Lo que debía medir 5 cm, una vez llevado a cabo el ensayo mide 7,5 cm: (5 marcas) = (75-50)/50 Æ 50,00 %. Se puede observar en los valores resultantes una cierta similitud en todosellos. Esto último es debido a que el latón no tiene por qué romper por el centropues la sección disminuye de igual modo a lo largo de toda la longitud por lo quepuede romper por cualquier sitio. En el acero rompía por el centro porque estirabamás por el centro, tenía mayor estricción en el centro. Respecto a la marcarealizada por Matías, tampoco tiene mucho sentido porque la muesca de los dientesde la mordaza no tenía por qué haber aparecido pues ello es debido a que lasmordazas no han apretado lo suficiente. Las marcas en ellas han ayudado a ver silas mordazas se han apretado lo suficiente. A continuación, se enumeran losparámetros o propiedades mecánicas que se pueden obtener del ensayo detracción para la probeta de latón: Módulo de Young (E): 151,8 GPa Tensión de fluencia al 0,2% ( 0,2%): 132 MPa Tensión máxima( uts): 310 MPa Tensión de rotura( rot): 301 MPaJaime Martínez Verdú Máster TIT 18
  18. 18. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales Fuerza Deformación Posición Tiempo Fuerza Elongación Esfuerzo 2 (kN) (mm) (mm) (s) (N) (%) (N/mm ) -0,022980450 0,1165044 0 0,1 -23 -0,11% -1 -0,024512290 0,1162755 0 0,2 -25 -0,11% -1 -0,022980450 0,1162755 0 0,3 -23 -0,11% -1 -0,022980450 0,1162755 0 0,4 -23 -0,11% -1 -0,019916300 0,1162755 0 0,5 -20 -0,11% -1 -0,018384220 0,1165044 0 0,6 -18 -0,11% -1 -0,015320300 0,1162755 0 0,7 -15 -0,11% 0 -0,013788220 0,1162755 0 0,8 -14 -0,10% 0 -0,013788220 0,1162755 0 0,9 -14 -0,10% 0 -0,013788220 0,1162755 0 1,0 -14 -0,10% 0 -0,013788220 0,1162755 0 1,1 -14 -0,10% 0 -0,015320300 0,1162755 0 1,2 -15 -0,10% 0 -0,013788220 0,1165044 0 1,3 -14 -0,09% 0 -0,013788220 0,1165044 0 1,4 -14 -0,09% 0 -0,012256150 0,1165044 0 1,5 -12 -0,09% 0 0,088857650 0,1162755 0 1,5 89 0,02% 3 … … … … … … … Tabla 2. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de latón. 350 uts = 310 300 rot = 301 250 160 0.2% = 200 140 131,90 120 (MPa) E = 15183 MPa 100 y = 15183x - 52,488 150 Tensión 80 60 100 40 20 50 0 -0,50% 0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00% 0 -10,00% 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00% -50 Elongación (%) Ilustración 13. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de latón.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 19
  19. 19. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales 5.3 ALUMINIO Una vez llevado a cabo la medición de las dimensiones de la probeta seobtuvo como resultado: 200 mm de largo, 22,15 mm de ancho, 1,5 mm de espesor y 132 mm de la longitud entre mordazas. Algunos de los resultados que pudieron obtenerse en la probeta son: Elongación en mm de la probeta: 50 mm. = ((132 + 50) - 132)/132 Æ 37,88 % (que es menor). = (204 - 132)/132 Æ 54,55 % (midiendo las marcas realizadas). A continuación, se enumeran los parámetros o propiedades mecánicas quese pueden obtener del ensayo de tracción para la probeta de aluminio: Módulo de Young (E): 64,6 GPa Tensión de fluencia al 0,2% ( 0,2%): 44 MPa Tensión máxima( uts): 86 MPa Tensión de rotura( rot): 85 MPaJaime Martínez Verdú Máster TIT 20
  20. 20. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales Fuerza Deformación Posición Tiempo Fuerza Elongación Esfuerzo 2 (kN) (mm) (mm) (s) (N) (%) (N/mm ) 0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0 0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0 0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0 0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0 0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0 0,003064156 0,1165044 0 0,1 3 -0,01% 0 0,006128073 0,1165044 0 0,2 6 -0,01% 0 0,006128073 0,1167333 0 0,3 6 -0,01% 0 0,004595995 0,1167333 0 0,4 5 -0,01% 0 0,004595995 0,1165044 0 0,5 5 -0,01% 0 0,004595995 0,1165044 0 0,6 5 -0,01% 0 0,006128073 0,1165044 0 0,7 6 0,00% 0 0,007660151 0,1165044 0 0,8 8 0,00% 0 0,009192228 0,1165044 0 0,9 9 0,00% 0 0,009192228 0,1165044 0 1,0 9 0,00% 0 0,010724310 0,1165044 0 1,1 11 0,01% 0 … … … … … … … Tabla 3. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de aluminio. 100 90 uts = 86 rot = 85 80 70 60 0.2% = 44 50 60 (MPa) 40 E = 6462,6 MPa 50 y = 6462,6x - 9,1251 Tensión 30 40 20 30 10 20 0 -0,20% 0,00% 0,20% 0,40% 0,60% 0,80% 1,00% 1,20% 1,40% 1,60% 1,80% 10 0 -5,00% 0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00% 35,00% 40,00% 45,00% Elongación (%) Ilustración 14. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de Al.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 21
  21. 21. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales 5.4 CAUCHO L0 ES DE 30 MM, es tal el cambio de la sección que, aunque no cojamos conlas mordazas de la zona del cambio de radio, no le pasará nada. 500 450 400 350 300 (MPa) 250 ón Tensión 200 150 100 50 uts = 2 0 0,00% 100,00% 200,00% 300,00% 400,00% 500,00% 600,00% Elongación (%) Ilustración 15. Gráfica - obtenida del ensayo de la probeta de caucho. 5.5 RESINA 500 400 300 (MPa) 200 Tensión ón 100 0 -20,00% 0,00% 20,00% 40,00% 60,00% 80,00% 100,00% 120,00% 140,00% -100 Elongación (%) Ilustración 16. Gráfica - obtenida del ensayo de la probeta de resina.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 22
  22. 22. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales 6. BIBLIOGRAFÍA 1. Datsko, Joseph. "Materials Properties and Manufacturing Processes". John Wiley. 2. Blanco, Oswaldo. Procesos de Fabricación. Conceptos Básicos. 3. Kalpakjian, Serope y Schmid, Steven. “Manufactura, Ingeniería y Tecnología”. Prentice Hall. 2002. 4. Dieter, E. "Metalurgia Mecánica". Mc Graw-Hill. 5. Rowe, Geoffrey. "Principles of Industrial Metalworking Processes". Edward Arnold.Jaime Martínez Verdú Máster TIT 23
  23. 23. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de Materiales Tabla de contenidos1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 22. FUNDAMENTO TEÓRICO .................................................................................. 33. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE ENSAYO .......................................................... 8 3.1 Descripción del equipo I: Hardware ................................................ 9 3.2 Descripción del equipo II: Software ............................................... 104. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ................................................................. 11 4.1 Preparación del ensayo.................................................................. 11 4.2 Inicio del ensayo ............................................................................ 13 4.3 Preparación y Elaboración de Datos .............................................. 145. Resultados experimentales ............................................................................. 15 5.1 ACERO........................................................................................... 16 5.2 LATÓN ........................................................................................... 18 5.3 ALUMINIO ...................................................................................... 20 5.4 CAUCHO........................................................................................ 22 5.5 RESINA........................................................................................... 226. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 23Tabla de contenidos............................................................................................... 24Tabla de ilustraciones ............................................................................................ 25Tabla de tablas ...................................................................................................... 25Jaime Martínez Verdú Máster TIT 24
  24. 24. Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de MaterialesTabla de ilustracionesIlustración 1. Equipo de ensayo Microtest EM1-50. Geometría de las probetas........ 2Ilustración 2. Posible curva Fuerza-Deformación de un acero. ................................. 3Ilustración 3. Simulación de una probeta sometida a fuerzas de tracción. ................ 4Ilustración 4. Posible curva Esfuerzo-Deformación de un acero. .............................. 5Ilustración 5. Efecto de carga y descarga en un ensayo de tracción. ........................ 5Ilustración 6. Ejemplo de obtención de características mecánicas de un acero. ....... 7Ilustración 7. Esquema de un equipo de ensayo Microtest EM1-50. ......................... 9Ilustración 8. Imágenes del software SCM3000. ..................................................... 10Ilustración 9. Esquema del dispositivo en la posición 1. ......................................... 11Ilustración 10. Distribución de bloques del software SCM3000. ............................. 12Ilustración 11. Pantalla del software SM3000. ......................................................... 13Ilustración 12. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de acero. 17Ilustración 13. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de latón. . 19Ilustración 14. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de Al....... 21Ilustración 15. Gráfica - obtenida del ensayo de la probeta de caucho. .............. 22Ilustración 16. Gráfica - obtenida del ensayo de la probeta de resina. ............... 22Tabla de tablasTabla 1. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de acero. ........... 17Tabla 2. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de latón. ............ 19Tabla 3. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de aluminio. ...... 21Jaime Martínez Verdú Máster TIT 25

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