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  1. 1. LABORATORIO N 1: ENSAYO DE TRACCIÒN PROFESOR A CARGO: Ing. Luis Alberto Sampen Alquizar Universidad Nacional de Ingeniera – Facultad de Ingeniería Mecánica Integrantes: David Reátegui, Eddy Juan Carlos 20102624H Huamán Ormeño, Carlos Alfredo 20101117E López Cáceres. Jorge Roberto 20102504B Virrueta Montalvo, Andree Christian 20104523D Sección: B
  2. 2. 1. OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO: 1.2.1 Describir de manera general el ensayo de tracción 1.2.2 Familiarizar al estudiante con equipos y muestras usados en el ensayo de tracción 1.2.3 Establecer los parámetros de la curva esfuerzo-deformación 1.2.4 Definir tasa de deformación 1.2.5 Describir y estudiar el ensayo de tracción automatizado 1.2.6 Realizar ensayos de tracción en el laboratorio a diferentes metales y aleaciones 1.2.7 Familiarizar al estudiante con la interpretación de los datos del ensayo de tracción 2. FUNDAMENTO TEÓRICO: 2.1 Tracción Un cuerpo se encuentra sometido a tracción simple cuando sobre sus secciones transversales se le aplican cargas normales uniformemente repartidas y de modo de tender a producir su alargamiento. Por las condiciones de ensayo, el de tracción estática es el que mejor determina las propiedades mecánicas de los metales, o sea aquella que definen sus características de resistencia y deformabilidad. Permite obtener, bajo un estado simple de tensión, el límite de elasticidad o el que lo reemplace prácticamente, la carga máxima y la consiguiente resistencia estática, en base a cuyos valores se fijan los de las tensiones admisibles o de proyecto y mediante el empleo de medios empíricos se puede conocer, el comportamiento del material sometidos a otro tipo de solicitaciones (fatiga, dureza, etc.). Cuando la probeta se encuentra bajo un esfuerzo estático de tracción simple a medida que aumenta la carga, se estudia esta en relación con las deformaciones que produce. Estos gráficos, permiten deducir sus puntos y zonas características revisten gran importancia, dicho gráfico se obtiene directamente de la máquina. [Escriba texto] Página 1
  3. 3. Un caso típico es el diagrama que nos presenta el gráfico de un acero dúctil indicado en la figura, en donde el eje de las ordenadas corresponde a las cargas y el de la abscisas al de las deformaciones longitudinales o alargamientos en milímetros. a) Periodo elástico Se observa en el diagrama que el comienzo, desde el punto O hasta el A, está representado por una recta que nos pone de manifiesto la proporcionalidad entre los alargamientos y las cargas que lo producen (Ley de Hooke). Dentro de este periodo y proporcionalmente hasta el punto A, los aceros presentan la particularidad de que la barra retoma su longitud inicial al cesar la aplicación de la carga, por lo que recibe indistintamente el nombre de periodo de proporcionalidad o elástico. b) Zona de alargamiento seudoelástico Para el límite proporcional se presentan un pequeño tramo ligeramente curvo AB, que puede confundirse prácticamente con la recta inicial, en el que los alargamientos elásticos se les suma una muy pequeña deformación que presenta registro no lineal en el diagrama de ensayo. La deformación experimentada desde el límite proporcional al B no solo alcanza a valores muy largos, si no que fundamentalmente es recuperable en el tiempo, por lo que a este punto del diagrama se lo denomina limite elástico oaparente o superior de fluencia. c) Zona de fluencia o escurrimiento El punto B marca el inicio de oscilaciones o pequeños avances y retrocesos de la carga con relativa importante deformación permanente del material. Las oscilaciones en este periodo denotan que la fluencia no se produce simultánea mente en todo el material, por lo que las cargas se incrementan en forma alternada, fenómeno que se repite hasta el escurrimiento es total y nos permite distinguir los “límites superiores de fluencia”. El límite elástico aparente puede alcanzar valores de hasta el 10 al 15 % mayor que el límite final de fluencia. d) Zona de alargamiento homogéneo en toda la probeta. Más allá del punto final de fluencia C, las cargas vuelven a incrementarse y los alargamientos se hacen más notables, es decir que ingresa en el período de las grandes deformaciones, las que son uniformes en todas las probetas hasta llegar a D, por disminuir, en igual valor en toda la longitud del material, la dimensión lineal transversal. El final de período de alargamiento homogéneo queda determinado por la carga máxima, a partir de la cual la deformación se localiza en una determinada zona de la probeta, provocando un estrechamiento de las secciones que la llevan a la rotura, al período DE se lo denomina de estricción. En la zona plástica se produce, por efecto de la deformación, un proceso de endurecimiento, conocido con el nombre de “acritud “, que hace que al alcanzar el esfuerzo la resistencia del metal, éste al deformarse adquiere más capacidad de carga, lo que se manifiesta en el gráfico hasta el punto D. e) Zona de estricción En el período de estricción, la acritud, si bien subsiste, no puede compensar la rápida disminución de algunas secciones transversales, produciéndose un descenso de la carga hasta la fractura. [Escriba texto] Página 2
  4. 4. 2.1.1 Propiedades más importantes que se pueden medir en la curva tensión deformación:  Modulo elástico o módulo de Young (E). El tramo inicial de la curva, que generalmente es recto, da información del comportamiento elástico del material, es decir sobre la relación entre esfuerzos y deformaciones cuando estas son recuperables. La pendiente del tramo inicial de la curva es una medida de rigidez del material. De dos piezas con la misma geometría, sometidas a la misma solicitación mecánica y fabricadas con diferentes materiales que trabajen dentro del campo elástico, aquella con mayor modulo será la que presente menores deformaciones.  El límite elástico. Es la tensión mínima que hay que aplicar para que aparezcan deformaciones permanentes en el material. Se define el límite elástico convencional, como el esfuerzo necesario para provocar una deformación plástica predefinida. Esta propiedad juega un papel de gran importancia en el proyecto mecánico, porque en la gran mayoría de las ocasiones, las piezas se calculan para que no sufran deformaciones permanentes en servicio y, en consecuencia, se debe garantizar que las tensiones que actúan cuando la pieza trabaja no superan el límite elástico.  La resistencia a la tracción (RM). Coincide con el valor máximo del esfuerzo y es la tensión que hay que aplic ar para que se produzca la rotura de la probeta en las condiciones del ensayo. Mientras la tensión aplicada es menor a RM, la deformación es uniforme, pero al alcanzar esta tensión comienza a desarrollarse un cuello en la probeta. La reducción localizada de sección hace que la tensión que actúa en esa sección crezca localmente lo que provoca un nuevo aumento del alargamiento en la zona del cuello con la consiguiente caída de la tensión nominal. Este proceso continua hasta que la sección no es capaz de seguir deformándose y se produce la fractura. La carga de rotura es una propiedad que también se puede utilizar para el cálculo de piezas que trabajan sometidas a esfuerzos aunque, en la actualidad, se tiende a emplear preferentemente el límite elástico.  El alargamiento a la rotura Es la extensión que presenta la probeta tras el fallo. Esta propiedad es una medida indirecta de la ductilidad del material. Un alargamiento a la rotura elevado es una propiedad deseable porque los materiales con esta propiedad admiten deformaciones plásticas importantes, cuya observación, en muchas ocasiones, permite adoptar medidas correctoras con anterioridad a la fractura. Además, el alargamiento a la rotura es también un indicador de la capacidad del material para ser conformado por deformación a la temperatura de ensayo.  La estricción Es la relación entre las áreas de las secciones rectas de rotura e inicial. La estricción está relacionada con el alargamiento a la rotura de modo que cuando este crece, aquella aumenta 3. EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS:  Máquina Amsler Utilizada en el ensayo de tracción [Escriba texto] Página 3
  5. 5. Las máquinas empleadas para la realización de ensayos de tracción de barras son del tipo denominado “universal” por adaptarse a experiencias de compresión, flexión, corte e inclusive torsión en algunos de sus modelos. La máquina Amsler, de accionamiento hidráulico, está constituido por los siguientes conjuntos principales:  Bomba de aceite con inyección regulada  Prensa hidráulica  Dinamómetro registrador de cargas y diagrama. La variante fundamental entre una máquina universal de ensayo y una prensa hidráulica radica en dispositivo para registrar las cargas aplicadas y las deformaciones del material. 4. PROCEDIMIENTO:  TRACCIÓN Para el ensayo de tracción se toma muestra de los materiales a estudiares en probetas que previamente se calcula sus dimensiones: la longitud de la sección reducida (distancia entre dos putos o marcas que mide aproximadamente dos pulgadas) y la medida del diámetro dela sección transversal. Tomando los materiales previamente medidos, pasamos a utilizar la máquina de ensayos de tracción, en la maquina se coloca el papel milimetrado con el lápiz en un punto fijo ajustando el lápiz (bien tajado) y el papel. Proseguimos con la colocación de la primera probeta y [Escriba texto] Página 4
  6. 6. que la aguja indicadora en cero (tanto la negra como la roja) con la maquina adaptada para que produzca tenciones superiores a los que resiste dicho material. Con todos estos pasos ya podemos iniciar el experimento, cuando la maquina este trabajado observamos con cuidado la sección reducida de la probeta y la magnitud de la tensión ejercida, en la probeta se observa que mediante la fuerza sube y llegue al esfuerzo máximo se va formando un cuello en cualquier parte de la sección, esto indica que está ocurriendo la reducción de área transversal que se conoce como estricción. Posteriormente se nota que bien definido el cuello y en pocos segundos se observa la fractura, produce un ruido fuerte por la gran magnitud de fuerza trabajada que alcanza estirar a los materiales. Y concluimos con la gráfica obtenida en el papel milimetrado que está definido por deformación vs fuerza. Con estos datos podemos calcular la fuerza de influenza para conocer el su límite elástico para trabajos de diseño en la ingeniería. Después se retira la probeta para poder medir la dimensiones nuevas que se obtienen partir de la deformación permanente, juntado la dos partes en la rotura. 5. LOS CÁLCULOS REALIZADOS:  Ensayo de tracción Datos Iniciales: Distancia Inicial (Io) Diámetro Inicial (Do) Distancia Final (If ) Diámetro Final (Df ) Fm Aluminio 31.2 mm 6.25 mm 35.20 mm 4.25 mm 700 Kgf Cobre 31.2 mm 6.25 mm 34.45 mm 4.75 mm 1130 Kgf Cobre – Zinc 31.2 mm 6.25 mm 41.55 mm 4.55 mm 1350 Kgf Acero de construcción 30.5 mm 6.10 mm 35.75 mm 5.15 mm 2510 Kgf [Escriba texto] Página 5
  7. 7. Cálculos realizados: Esfuerzo ingenieril 휎푚푎푥 = 퐹푚 퐴표 Deformación ingenieril 휀 = Δ푙 푙 표 Alargamiento de rotura 휀 = Δ푙 푙 표 푥100% Módulo de Young 퐸 = 휎 휀 Estricción 휓 = Δ퐴 퐴표 푥100% Aluminio 224 MPa 0.1282 mm/mm 12.82% 1.7 GPa 53,759 % Cobre 361 MPa 0.1042 mm/mm 10.42% 3.5 GPa 42,238 % Cobre – Zinc 432 MPa 0.3317 mm/mm 33.17% 1.3 GPa 47% Acero de construcción 842 MPa 0.1721 mm/mm 17.21% 4.9 GPa 28,72% Acero de Construcción [Escriba texto] Página 6
  8. 8. Esfuerzo de fluencia convencional (  F0,2/ A0 0,2%Ɛ = 0,2/100 = ΔL /LL0=30,5mm ΔL= 0,06 mm F0,2= 587 Kg.F. F0,2= 5760 N A0= 2,9x 10-5 m2  2,9x 10-5  MPa Aleacion Cobre – Zinc Esfuerzo de fluencia convencional (  F0,2/ A0 0,2%Ɛ = 0,2/100 = ΔL /LL0=31,2 mm ΔL= 0,06 mm F0,2= 810 Kg.F. F0,2= 7946 N A0= 3x 10-5 m2  MPa 3x 10-5 [Escriba texto] Página 7
  9. 9. Cobre Esfuerzo de fluencia convencional (s0,2) s0,2= F0,2 / A0 0,2%Ɛ = 0,2/100 = ΔL /LL0=31,2 mm ΔL= 0,06 mm F0,2= 882 Kgf F0,2= 8653 N A0= 3x 10-5 m2 s0,2= 8653 / 3x 10-5 s0,2= 282 MPa Aluminio Esfuerzo de fluencia convencional (s0,2) s0,2= F0,2 / A0 0,2%Ɛ = 0,2/100 = ΔL /LL0=31,2 mm ΔL= 0,06 mm F0,2= 302 Kgf. F0,2= 2959 N A0= 3x 10-5 m2 s0,2= 2959 / 3x 10-5 s0,2= 96 MPa [Escriba texto] Página 8
  10. 10. 6. CONCLUSIONES: Con el ensayo de tracción pudimos observar la región de elástica y su límite que es utilizada para conocer que en una máquina, sus piezas pueden resiste hasta un punto y no malograrlas deformándolas, c también concluimos que los metales puro no son los más resistente, sino las aleaciones y metales tratados pueden mejorar su resistencia y aplicarlos en los distintos tipos de industria para tener mejor resultados y materiales con la mejor calidad posible. [Escriba texto] Página 9
  11. 11. 7. BIBLIOGRAFIA  SMITH WILIAM. Fundamentos de Ciencia e Ingeniería de Materiales. Ed. Mc. Graw – Hill.  Askeland, D. (2004). Ciencia e Ingeniería de los Materiales 4ta. Ed. , Edit. Thompson, Madrid, España.  Rubin I (2001). Materiales Plásticos Propiedades y Aplicaciones 1ra. Ed. , Edit. Limusa, México, México.  Anderson, A. (1998). Ciencia de los Materiales 2da. Ed., Edit. Limusa; México, México. [Escriba texto] Página 10

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