ENSAYO DE TRACCIN

ENSAYO DE TRACCIN

1. OBJETIVOS:

a) determinar la tension de fluencia, tension de rotura y tension maxima de un material.

b) obtener el valor del modulo de Young.

c) reconocer el tipo de fractura que se produce en un acero de acuerdo a aspectos fractograficos.

d) obtener la resiliencia y tenacidad del material.

2.- FUNDAMENTO TERICO

El ensayo de traccin tiene por objetivo definir la resistencia elstica, resistencia ltima y plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas uniaxiales. Se requiere una mquina, prensa hidrulica por lo general, capaz de:

a) Alcanzar la fuerza suficiente para producir la fractura de la probeta.

b) Controlar la velocidad de aumento de fuerzas.

c) Registrar las fuerzas, F, que se aplican y los alargamientos, L, que se observan en la probeta.

Un esquema de la mquina de ensayo de traccin se muestra en la Figura 1.

Figura 1: Mquina de Ensayo de Traccin.

La mquina de ensayo impone la deformacin desplazando el cabezal mvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una seal que representa la carga aplicada, las mquinas estn conectadas a un ordenador que registra el desplazamiento y la carga leda. Si representamos la carga frente al desplazamiento obtendremos una curva como la mostrada en la figura 2.

Figura 2: Fuerza vs. alargamiento.

De tal forma que la curva tpica sera tensin vs. deformacin, tal y como se muestra en la figura 3.

Figura 3: Curva tpica de traccin hasta la fractura, punto F. La resistencia a la traccin TS est indicada en el punto M. Los insertos circulares representan la geometra de la probeta deformada en varios puntos de la curva.

La interpretacin de la curva nos lleva

1.- En la curva podemos distinguir dos regiones:

- Zona elstica: La regin a bajas deformaciones (hasta el punto P), donde se cumple la Ley de Hooke: = E (E = modulo elstico).

- Zona plstica: A partir del punto P. Se pierde el comportamiento lineal, el valor de tensin para el cual esta transicin ocurre, es decir, se pasa de deformacin elstica a plstica, es el Lmite de Elasticidad, y, del material.

2.- Despus de iniciarse la deformacin plstica, la tensin necesaria para continuar la deformacin en los metales aumenta hasta un mximo, punto M, Resistencia a traccin (RT TS), y despus disminuye hasta que finalmente se produce la fractura, punto F. La Resistencia a Traccin es la tensin en el mximo del diagrama tensin-deformacin nominales. Esto corresponde a la mxima tensin que puede ser soportada por una estructura a traccin; si esta tensin es aplicada y mantenida, se producir la rotura. Hasta llegar a este punto, toda la deformacin es uniforme en la regin estrecha de la probeta. Sin embargo, cuando se alcanza la tensin mxima, se empieza a formar una disminucin localizada en el rea de la seccin transversal en algn punto de la probeta, lo cual se denomina estriccin, y toda la deformacin subsiguiente est confinada en la estriccin. La fractura ocurre en la estriccin. La tensin de fractura o bien de rotura corresponde a la tensin en la fractura.

2.1 DEFORMACIN ELSTICA

Definimos elasticidad como la propiedad de un material en virtud de la cual las deformaciones causadas por la aplicacin de una fuerza desaparecen cuando cesa la accin de la fuerza. "Un cuerpo completamente elstico se concibe como uno de los que recobra completamente su forma y dimensiones originales al retirarse la carga". ej: caso de un resorte al cual le aplicamos una fuerza. El grado con que una estructura se deforma depende de la magnitud de la tensin impuesta. Para muchos metales sometidos a esfuerzos de traccin pequeos, la tensin y la deformacin son proporcionales segn la relacin

= EEsta relacin se conoce con el nombre de ley de Hooke, y la constante de proporcionalidad, E (MPa) es el mdulo de elasticidad, o mdulo de Young. Cuando se cumple que la deformacin es proporcional a la tensin, la deformacin se denomina deformacin elstica; al representar la tensin en el eje de coordenadas en funcin de la deformacin en el eje de abscisas se obtiene una relacin lineal:

La pendiente de este segmento lineal corresponde al mdulo de elasticidad E. Este mdulo puede ser interpretado como la rigidez, o sea, la resistencia de un material a la deformacin elstica. Cuanto mayor es el mdulo, ms rgido es el material, o sea, menor es la deformacin elstica que se origina cuando se aplica una determinada tensin.

2.2. DEFORMACIN PLSTICA

Definimos como plasticidad a aquella propiedad que permite al material soportar una deformacin permanente sin fracturarse. Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el sentido de aplicacin de la fuerza. En el caso del ensayo de traccin, la fuerza se aplica en direccin del eje de ella y por eso se denomina axial, la probeta se alargara en direccin de su longitud y se encoger en el sentido o plano perpendicular. Aunque el esfuerzo y la deformacin ocurren simultneamente en el ensayo, los dos conceptos son completamente distintos. Para la mayora de los materiales metlicos, la deformacin elstica nicamente persiste hasta deformaciones de alrededor de 0.005. A medida que el material se deforma ms all de este punto, la tensin deja de ser proporcional a la deformacin y ocurre deformacin plstica, la cual es permanente, es decir no recuperable. En la figura 4 se traza esquemticamente el comportamiento tensindeformacin en la regin plstica para un metal tpico. La transicin elastoplstica es gradual para la mayora de los metales; se empieza a notar cierta curvatura al comienzo de la deformacin plstica, la cual aumenta rpidamente al aumentar la carga.

Figura 4: (a) Curva de traccin tpica de un metal que muestra las deformaciones elstica y plstica, el limite proporcional P y el limite elstico y, determinado como la tensin para una deformacin plstica del 0.002. (b) Curva de traccin tpica de algunos aceros que presentan el fenmeno de la discontinuidad de la fluencia.

2.3 CALCULO DEL LMITE ELSTICO

Para conocer el nivel de tensiones para el cual empieza la deformacin elstica, o sea, cuando ocurre el fenmeno de fluencia, tenemos que tener en cuenta dos tipos de transicin elastoplstica:

a) Los metales que experimentan esta transicin de forma gradual. El punto de fluencia puede determinarse como la desviacin inicial de la linealidad de la curva tensin-deformacin (punto P en la figura 4). En tales casos, la posicin de este punto no puede ser determinada con precisin, por este motivo se ha establecido una convencin por la cual se traza una lnea recta paralela a la lnea recta paralela a la lnea elstica del diagrama de la tensin-deformacin desplazada por una determinada deformacin, usualmente 0.002. La tensin correspondiente a la interseccin de esta lnea con el diagrama tensindeformacin cuando ste se curva se denomina lmite elstico, y.

b) Para aquellos materiales que tienen una regin elstica no lineal, la utilizacin del mtodo anterior no es posible, y la prctica usual es definir el lmite elstico como la tensin necesaria para producir una determinada deformacin plstica. Algunos aceros y otros materiales exhiben el tipo de diagrama tensindeformacin mostrado en la Figura 9b. La transicin elastoplstica est muy bien definida y ocurre de forma abrupta y se denomina fenmeno de discontinuidad del punto de fluencia. En el lmite de fluencia superior, la deformacin plstica se inicia con una disminucin de la tensin. La deformacin prosigue bajo una tensin que flucta ligeramente alrededor de un valor constante, denominado punto de fluencia inferior. En los metales en que ocurre este fenmeno, el lmite elstico se toma como el promedio de la tensin asociada con el lmite de fluencia inferior, ya que est bien definido y es poco sensible al procedimiento seguido en el ensayo.

2.4 DUCTILIDAD

La ductilidad es otra importante propiedad mecnica. Es una medida del grado de deformacin plstica que puede ser soportada hasta la fractura. Un material que experimenta poca o ninguna deformacin plstica se denomina frgil. La ductilidad puede expresarse cuantitativamente como alargamiento relativo porcentual, o bien mediante el porcentaje de reduccin de rea. El alargamiento relativo porcentual a rotura, %EL, es el porcentaje de deformacin plstica a rotura, o bien

donde lf es la longitud en el momento de la fractura y l0 es la longitud de prueba original.

Figura 5. Diagrama esfuerzo-deformacin de materialesposible distinguir algunas caractersticas comunes a los diagramas de varios grupos de materiales y dividirlos en dos amplias categoras: materiales dctiles y materiales frgiles.2.5 TENACIDAD

La tenacidad de un material es un trmino mecnico que se utiliza en varios contextos; en sentido amplio, es una medida de la capacidad de un material de absorber energa antes de la fractura. La geometra de la probeta as como la manera con que se aplica la carga son importantes en la determinacin de la tenacidad.

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2.6. RESILIENCIA

Medida de la capacidad de un material de absorber energa elstica antes de la deformacin plstica.

3 8. CUESTIONARIO

1) EXPLIQUE COMO AFECTA EL TRABAJO EN FRIO EN LA TENSION DE FLUENCIA Y DUCTILIDAD DE UN ACERO.

Un material se considera trabajado en fro si sus granos estn en una condicin distorsionada despus de finalizada la deformacin plstica. Todas las propiedades de un metal que dependa de la estructura reticular se ven afectadas por la deformacin plstica o por el trabajo en fro. La resistencia a la tensin, la resistencia a la cadencia o fluencia y la dureza aumenta, mientras que la ductilidad, representada por el porcentaje de alargamiento, disminuye, aunque la resistencia y la dureza aumentan, la rapidez de cambio para cada una de la misma. La dureza suele aumentar en el primer 10% de reduccin, en tanto que la resistencia a la tensin aumenta mas o menos linealmente. La resistencia a la cedencia aumenta mas rpidamente que la resistencia a la tensin, as que a mayor intensidad de deformacin plstica, el intervalo entre las resistencias de cedencia y de tensin disminuyen.

2) EXPLIQUE LAS DIFERENCIAS ENTRE UN MATERIAL DUCTIL Y UNO FRAGIL SEGN EL TIPO DE ROTURA QUE PRESENTA Y SUS PROPIEDADES A LA TRACCION.

A temperatura ambiente (aproximadamente 25oC), en general, todos los materiales metlicos, pueden deformarse cuando se aplican fuerzas sobre ellos y quedar deformados cuando stas se quitan antes de que rompan. Los materiales que tienen este comportamiento son materiales dctiles.

A la temperatura ambiente, los materiales cermicos se rompen cuando se los somete a fuerzas suficientes. En el caso particular de la tiza, si se unen las partes rotas se obtiene la tiza original. Los materiales que tienen este comportamiento, es decir, que se rompen sin tener previamente una deformacin permanente, son materiales frgiles. A la temperatura ambiente, los materiales cermicos son frgiles.3) QUE ES LA FLUENCIA? Y EN QUE TIPOS DE MATERIALES SE PRESENTA?. EXPLIQUE SU RESPUESTA.

La fluencia es particularmente el perodo de reacomodamiento, que en estos materiales est entre el perodo elstico (cumplimiento de la ley de Hooke) y el plstico o inelstico.

5) CUALES SON LAS CARACTERISTICAS DE UNA FRACTURA TIPO CONO Y PORQUE SE PRESENTA MAYORMENTE EN LOS MATERIALES DUCTILES Y EN UNA MINIMA PROPORCION EN MATERIALES FRAGILES?. EXPLIQUE SU RESPUESTA.