ITCR, M. Morales. Ensayo de tracción

RESUMEN— En el siguiente informe se presenta la realización de un ensayo de tracción a dos diferentes probetas de aluminio, se realizó en la escuela de Electromecánica. Este ensayo tiene como fin estudiar piezas que cuando se encuentran en servicio están sujetos a fuerzas o cargas, esto con el fin de poder seleccionar materiales adecuados que nos soporten y tenga una vida útil aceptable según las necesidades requeridas. Se analizarán los resultados obtenidos de forma experimental mediante la gráfica esfuerzo-deformación para comprobarlo con la teoría estudiada.

PALABRAS CLAVE: tracción, resistencia a la tensión, elasticidad, estricción, elongación, fuerza.

ABSTRACT— In the following report it present a tensile test at two different specimens made of aluminum, ASTM standards is presented, it realized in the school of Electromechanics. This test is designed to study parts when in service are subject to forces or loads, for to select suitable materials that support us and have an acceptable life according to the required needs. The results obtained experimentally analyzed using stress vs strain graph to prove the theory studied.

KEYWORDS: strength, tensile strength, elasticity, necking, elongation force.

I. INTRODUCCIÓNLos ensayos de tracción son utilizados según las normas ASTM: “Para averiguar información sobre la resistencia y ductilidad de los materiales bajo esfuerzos de tracción de carácter uniaxial, es decir en un solo eje” [1]. Este ensayo es utilizado para tener certeza de la calidad del material que se desea utilizar y dependiendo su lugar de uso.Básicamente este ensayo consiste según Askeland (2004) en colocar la probeta de pruebas y aplicarle una fuerza F, conocida como carga; luego por medio de un pie de rey se mide el alargamiento que se generó en la probeta.Por medio de este ensayo además se pueden

calcular propiedades de los materiales tales como el esfuerzo de cedencia que es el esfuerzo que divide los comportamientos elástico y plástico del material; la resistencia a la tensión que es el esfuerzo máximo en donde se inicia la estricción de los materiales; módulo de elasticidad que será la pendiente en la gráfica de esfuerzo-deformación; y la ductilidad que mide el grado de deformación de un material que puede soportar sin romperse, este se mide mediante las longitudes final e inicial de la zona útil de la probeta[2].Mediante los valores obtenidos en el ensayo se puede realizar un diagrama de esfuerzo-deformación; con este diagrama se podrá comprobar las propiedades tensiles del material sin necesidad de saber la forma geométrica o tamaño del material, sin embargo se debe tomar en cuenta que dos diagramas realizados para el mismo material variarán debido a la composición exacta, imperfecciones microscópicas y la variación de la temperatura [3]. En la figura 1 se pueden ver las diferentes zonas del gráfico esfuerzo-deformación; la zona plástica es donde el material se estira y recobra su forma original, la zona de deformación plástica donde el material se estira y ya no recobra su tamaño original y posteriormente la zona de rotura donde el material se rompe. El punto de fluencia es el punto en donde se pasa de deformación elástica a deformación plástica.

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Ensayo de tracción

Michael Morales Arias, 201242909e-mail: mmoralesa17@gmail.com

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Figura 1. Zonas gráfico esfuerzo-deformación

Hay diferentes tipos de probetas normadas en este caso se utilizó una similar a la mostrada en la figura 2.

Figura 2. Descripción gráfica probeta normada para ensayo de tracción

Donde de la figura 1 se tiene que L0 es la longitud útil de la probeta y L la longitud total, además se observa la fuerza P aplicada hacia los lados la misma.Es necesario la sujeción por medio de mordazas para que la probeta se mantenga fija y no afecte durante la realización del ensayo en este caso era una mordaza con una hendidura plana por el tipo de probeta utilizada; pero también existen probetas cilíndricas que poseen rosca en los extremos.

Figura 3. Sujeción probeta plana

II. MATERIALES Y MÉTODOSExposición por parte del profesorEl profesor expuso los fundamentos teóricos definió el ensayo tensión como el sometimiento de una probeta estandarizada a un estiramiento axial, con el cual se mide la resistencia de un material a una fuerza. Expuso las diferentes tipos de probetas hay planas y cilíndricas, las cilíndricas poseen sus extremos roscados.Explicó además el gráfico esfuerzo vrs deformación y como el material en este ensayo y la forma en que el material se comporta frente a la carga, indicó las diferentes zonas del gráfico: zona elástica, zona plástica, punto de fluencia y el punto de fractura. Otros puntos expuestos por el profesor fueron ejemplos de materiales a los que se pueden aplicar este tipo de ensayo como lo son alambres, varillas, láminas y elementos soldados; y la importancia de que el acabado de la probeta sea lo más liso para que haya una misma probabilidad de fallo en toda la zona útil.

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Reconocimiento de las instalaciones, equipos y piezas de trabajoLa realización de este ensayo se realizó en la escuela de Electromecánica en un cuarto con buena iluminación tanto natural como artificial, limpia y ordenada.La máquina se ubicaba en una mesa fija, la capacidad de la máquina era de 50 KN (1000lbf), cuenta con una pantalla LCD para controlar los valores y además tenía la posibilidad de conectarse a una computadora la cual recibe los datos y los grafica.

Figura 4. Equipo utilizado

Las probetas de aluminio a analizar eran de dos diferentes temples H12 y H18 presentaban buen acabado y estaban debidamente rotuladas.

Figura 5. Probetas de aluminio H12 y H18

Realización de las pruebas Se entregó a los estudiantes dos

probetas de una aleación de aluminio 1050 de dos diferentes temples H12 y H18 y se midieron las dimensiones de la probeta de ensayo con un pie de rey y una regla; tanto la longitud inicial, longitud final, espesor y el ancho; estos dos últimos para

Se realizaron en cada probeta dos marcas con una distancia de 2 pulgadas

Se procedió a entregar al operador de la máquina para la sujete en las mordazas.

Ya sujetada se ajustó la velocidad de la máquina a 2mm/min.

Se esperó a que la probeta sufriera la fractura.

Se retiró la probeta fracturada de la máquina.

Se volvió a realizar las mediciones de las medidas finales.

Se observó el gráfico generado en la computadora.

Valoración del ensayo

El profesor indicó que por medio de los datos iniciales y finales obtenidos se puede calcular la estricción, la elongación, la resistencia máxima a la tensión y la resistencia a la rotura real y nominal; para así poder descartar si utilizar o no el material puesto a prueba.

III. ANÁLISIS Y RESULTADOS

Durante la realización de este ensayo fue importante que la probeta presentaba un buen acabado para mejorar la precisión del ensayo y como era de esperar el aluminio es un material bastante dúctil si lo comparamos por ejemplo con el acero, esto se refleja en la longitud inicial y la final donde la diferencia es bastante notoria.

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Tabla 1. Resultados experimentales ensayo de tracción

Probeta Aluminio H18

Aluminio H12

L0 (mm) 14,72 20,10Lf (mm) 53,30 53,55Espesor

inicial(mm)1,60 1,60

Espesor final (mm)

1,40 1,35

Ancho inicial (mm)

12,55 12,55

Ancho final (mm)

12,40 12,40

Ai (mm2) 20,08 20,08Af (mm2) 17,36 16,74Fmáx (kg) 3170 1803Frot (kg) 902 1021

En la tabla anterior L0 y Lf representan las longitudes inicial y final respectivamente. A i y Af el área inicial y final; Fmáx es la fuerza máxima aplicada durante el ensayo y Frot la fuerza de rotura de la probeta.De la tabla 1 se observó que ambas probetas sufrieron un aumento de su longitud y una disminución del ancho, ya que al estirar la probeta se alarga y el material de donde se disminuye el ancho se va hacia los extremos; y es en esta zona donde se provocó la fractura de la probeta.

Figura 6. Fractura de la probeta aluminio H18

De acuerdo a la figura 6 la fractura que se presentó en la probeta de aluminio H18 fue hacia el extremo izquierdo casi sobre la línea de la zona útil de la probeta.

Figura 9. Fractura probeta de aluminio H12

De acuerdo a la figura 9 la probeta de aluminio H12 presentó la fractura hacia el extremo derecho dentro de la zona útil de la probeta.Para ambas probetas la zona en donde se presenta la fractura es donde la probeta presentó mayores brechas es decir mayores imperfecciones que a simple vista no se ven.Para calcular los demás valores estricción, elongación (e), la resistencia máxima a la tensión y la resistencia a la rotura real y nominal; se utilizaron las siguientes fórmulas:

Estricción=A0−A fA0

(Ecuación 1), donde A0 es

el área inicial y Af el área fina.

En el caso de la elongación se calcula así:

e=lf−l0l0

(Ecuación 2), donde l0 es la longitud

inicial y lf la longitud inicial.

La resistencia máxima a la tensión (ecuación 3):

σ=Fmá xA0

Donde Fmáx es la carga máxima y A0 es el área inicial.

La resistencia a la rotura real (ecuación 4):

σ rot (r )=F rotA0

La resistencia a la rotura nominal (ecuación 5):

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σ rot (n )=F rotA f

Para la ecuación 4 y 5: Frot es la carga a la cual la probeta falló, A0 y Af las áreas inicial y final.

Tabla 2.Valores de elongación, estricción, resistencia máxima, resistencia a la rotura real y resistencia a la rotura nominal para dos probetas de aluminio H12 y H18

Probeta Aluminio H18

Aluminio H12

Elongación(e)Estricciónσ (kg/mm2)σrot(r)

(kg/mm2)σrot(n)

(kg/mm2)

Figura 8. Gráfica Carga vrs posición para aleación aluminio H12

Figura 9. Gráfica Carga vrs posición para aleación aluminio H18

IV. CONCLUSIONES

V. BIBLIOGRAFÍA[1] ASTM. Standard Test Methods for tensión

testing of metallic materials E8M – 15ª. Book of ASTM Standars. Vol 03-01. Easton, USA, 2015.

[2] Askeland, D. (1998). Ciencia e Ingeniería de los Materiales. México: International Thomson Editores.

[3] Hibbeler, R (2006). Mecánica de los materiales. México: Pearson Educación.

[4] Jiménez, R., & Conejo, M. (2004). Laboratorio de Tecnología de materiales. Cartago: Editorial Tecnológica de Costa Rica.

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