1) El documento describe ensayos de tracción realizados con probetas de acero F-1140 utilizando máquinas de tracción analógica y digital. 2) Los ensayos miden propiedades como la tensión máxima, el módulo de elasticidad y el límite elástico. 3) Con la máquina analógica, las probetas cilíndricas y planas rompieron completamente, mientras que con la máquina digital no hubo rotura en las probetas planas.

1. Práctica 2
Ensayos de tracción
Ciencia de materiales
2015-2016

2. 25/10/2015 Arturo Andrés Valdemoros
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En esta práctica hemos realizado diversos ensayos de tracción, tanto con la
máquina analógica como con la digital. El objetivo del ensayo de tracción es
determinar aspectos importantes de la resistencia y alargamiento de materiales, que
pueden servir para el control de calidad, las especificaciones de los materiales y el
cálculo de piezas sometidas a esfuerzos. Es uno de los ensayos mecánicos tensión-
deformación más comunes en el que se somete 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 un ensayo de tensión suelen ser muy
pequeñas (ε = 10-4 a 10-2 s–1).
En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los
materiales elásticos:
• Módulo de elasticidad o Módulo de Young. Es el resultado de dividir la tensión
por la deformación unitaria, dentro de la región elástica de un diagrama
esfuerzo-deformación.
• 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 es el valor de la tensión que soporta la probeta en el
momento de producirse el fenómeno de la 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 el valor de la tensión a la que se produce un alargamiento
prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro
empleado. Es la máxima tensión aplicable sin que se produzcan deformaciones
permanentes en el material.
• Carga de rotura o resistencia a 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.
Se han realizado ensayos con probetas cilíndricas y rectangulares normalizadas
de acero F-1140 o C45, que se trata de un acero hipoeutectoide de 0,45% de contenido
en carbono. En el ensayo de tracción realizado con la máquina analógica se ha
alcanzado la rotura total de la pieza en todos los ensayos, mientras que en la digital no
se alcanzó la rotura en ninguno de los ensayos debido a la imposibilidad de configurar
la máquina para que sucediera.
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Materiales
Hemos necesitado diversos materiales. Lo primero, una regla para poder hacer
las divisiones en la pieza a probar, comprobar que tiene las medidas adecuadas y
poder hacer las mediciones de la rotura.
Lo más importante son las dos máquinas de tracción que usaremos, una será
una máquina universal con velocidad regulable y un registro gráfico. Los diagramas
obtenidos son denominados diagramas de tensión-deformación. La otra máquina se
trata de una máquina digital que transmite la información a un ordenador, pudiendo
así obtener resultados más precisos.
También son muy importantes las chapas y las probetas, estas están
normalizadas y tienen las siguientes dimensiones:
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Procedimiento
Probeta cilíndricas maquina analógica: Las probetas son normalmente barras de
sección regular y constante, casi siempre circular. Sus extremidades son de mayor
sección, para poder fijarlas a la máquina de tracción. En las probetas se hacen dos
marcas entre las cuales se mide la longitud l0 (puntos calibrados). Para que los
resultados sean comparables, las probetas deben ser geométricamente semejantes,
así bajo mismas cargas, obtendremos deformaciones proporcionales. Lo primero que
debemos calcular de la probeta es su longitud y sección, operación que realizaremos
con ayuda de una regla.
Obtenemos
L=100 mm D=10 mm l0=72,32 mm
Dividimos la probeta en 10 partes iguales por si no rompiera en el tercio central:
Con los datos tomados y las divisiones realizadas tendremos que montar la probeta en
la máquina universal de tracción.
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Deberemos colocar las placas que cubren las garras porque pueden saltar piezas.
Con la máquina ya en funcionamiento, está tiene una velocidad de 35 mm/min. Vemos
como la probeta se va alargando y deformándose hasta llegar a la rotura. Cuando se
rompa la probeta observamos la carga máxima, y en nuestro caso nos dio una carga
máxima de 3150 Kp.
Para obtener los resultados nos fijamos por donde se ha roto la probeta, como en
nuestro caso se ha roto fuera del tercio central de la misma, cogemos la menor
distancia desde donde se ha roto al punto de calibración A. Para calcular el
alargamiento en una probeta que no rompe por el tercio central hacemos lo siguiente:
Desde donde ha roto se coge la mínima distancia al punto de calibración (A).
1. Llevamos esa distancia al otro lado obteniendo B.
2. Contamos el nº de divisiones entre A y B (n)
Según sea la diferencia N-n la rotura es par o impar. Este es nuestro caso:
0
0
3 divisiones 30 mm
1
3 divisiones 27 mm
2
1 4 divisiones 33 mm
87 72,32
100 100 20,30%
72,32
AB n
N n
BC
BD BC
AB BC BD l
l
l
= = →
− −
= = →
= + = →
+ + − −
∆= = =
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Tensión máxima:
max
22
0
3150 kp40,1070
mm10
4
m
F
R
S
π
= = =
Limite elástico y módulo de Young:
max
2
0
0
2
0
3150 kp82,8947
div38
14,69 mm0,2012
div73
27 82,8947 2238,157 kp
kp28,4971
mm
0.002
F 21 82,8947 1740,7887 kp
kp3205,8603
mm
gy
gx
LE B gy
LE
E
A
A A gy
A
A
F
e
div
l
e
div
F div e
F
L
S
l m
div e
F
S
E
l
l
= = =
∆
= = =
= ⋅ = ⋅ =
= =
∆ =
= ⋅ = ⋅ =
= =
∆
Tensión de rotura:
36 82,8947 2984,2092 kpF F gyR d e= ⋅ = ⋅ =
La estricción no la podemos calcular porque no tomamos los datos en el laboratorio.
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7. 25/10/2015 Arturo Andrés Valdemoros
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Probeta plana máquina analógica:
0
0
100 mm
80 mm
1,9 mm
19,8 mm
37,62
L
L
e
b
S e b
=
=
=
=
= ⋅ =
Alargamiento:
0
0
104 80
100 100 30%
80
fl l
l
ε
− −
= = =
Tensión máxima:
max
2
0
625 kp16,6135
mm37.62
m
F
R
S
= = =
Módulo elástico y de Young:
2
0
0
2
0
625 kp41,6667
div15
11 41,6667 458,3333 kp
kp8,8605
mm
F 8 41,6667 333,333 kp
333,333
37,62 kpE= 354,4211
mm2
80
gy
LE B gy
LE
E
A A gy
A
A
F
e
div
F div e
F
L
S
div e
F
S
l
l
= = =
= ⋅ = ⋅ =
= =
= ⋅ =⋅ =
= =
∆
Tensión de fractura:
13 41,6667 541,6667 kpF F gyR div e= ⋅ = ⋅ =
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8. 25/10/2015 Arturo Andrés Valdemoros
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Probeta plana máquina digital:
0
0
20 mm
1,5 mm
L 80 mm
1000 kp
F 1,228 t
F 1,545 t
f
LE
C
b
e
T
=
=
=
=
=
=
Tensión máxima:
2
0
1,545 t0,0515
mm20 1,5
C
T
F
R
S
= = =
⋅
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9. 25/10/2015 Arturo Andrés Valdemoros
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Límite elástico y módulo de Young:
2
0
0
2
0
1,545 t0,2146
div7,2
1,228 t0,0409
mm20 1,5
F 2,75 0,2146 0,5902 t
15,873 t1,8896
mm8,4
0,5902
30 tE= 0,05206
mm1,8896 0.2
80
gy
LE
E
A A gy
gx
A
gx A
F
e
div
F
L
S
div e
l
e
div
F
S
e d
l
= = =
= = =
⋅
= ⋅ = ⋅ =
∆
= = =
= =
⋅ ⋅
7 Pr
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