Informe Laboratorio: Prueba de Tracción Estudiantes: - Antonio Bascur Escobar (ICMe) - Siulen Loo Cartes (ICMe) - Carolina Reyes Miró (ICMe) Profesor: Mauricio González Asignatura: Ciencia y Tecnología de los Materiales Fecha de entrega: 2 de mayo de 2019 Resumen En este informe se muestra el registro de una prueba de tracción realizado en laboratorio el 16 de abril en donde se buscó obtener las propiedades de 2 materiales (Bronce y Acero 1020) usando los datos obtenidos a través de este ensayo testeado por la norma NCH 200. Las propiedades a medir serán el límite de fluencia, el esfuerzo máximo, deformación máxima a la ruptura, tenacidad y ductilidad. Para realizar tales mediciones se analizarán las curvas de Esfuerzo vs Deformación, formadas con los datos obtenidos del ensayo. Logramos confirmar las propiedades de los materiales y sus reacciones físicas al estímulo de tracción producido, características que son importantes al momento de seleccionar los materiales adecuados según al tipo de uso que se le desee emplear. 2 Índice Resumen............................................................................................................................................ 2 Introducción ....................................................................................................................................... 4 Desarrollo........................................................................................................................................... 5 Máquina de tracción .................................................................................................................. 5 Ensayo de Tracción ................................................................................................................... 6 Deformación o alargamiento unitario (ε) ............................................................................. 6 Porcentaje de elongación ........................................................................................................ 6 Porcentaje de reducción de área ........................................................................................... 6 Esfuerzo ........................................................................................................................................ 6 Análisis del grafico esfuerzo – deformación ...................................................................... 7 Deformación elástica............................................................................................................. 7 Fluencia..................................................................................................................................... 7 Deformación plástica ............................................................................................................ 7 Estricción ................................................................................................................................. 8 Discusión de resultados .................................................................................................................. 9 Procedimiento ............................................................................................................................. 9 3 Introducción Muchos materiales cuando están en servicio están sujetos a fuerzas o cargas. En esas condiciones es necesario conocer las características del material para diseñar el instrumento donde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que se someta el material no sean excesivos para evitar una fractura. El comportamiento mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada. Tal como se dijo en el resumen, para esta experiencia se usó un ensayo de tracción, en donde se somete una probeta a una carga que aumenta de forma gradual hasta que se llega al punto de ruptura, pasando por 4 zonas distintas los que se pueden ver el es gráfico de Esfuerzo vs Deformación. Nuestros objetivos principales se basan en aprender a medir y analizar propiedades mecánicas en materiales metálico mediante el ensayo de tracción y aprender los procedimientos que son necesarios para realizar correctamente este ensayo. 4 Desarrollo Las propiedades mecánicas de los materiales es la capacidad de estos a resistir una aplicación de fuerza o carga. Una carga estática es una acción estacionaria de una fuerza que actúa sobre cierto objeto. Para que esta fuerza sea estacionaria o estática deben poseer magnitud, dirección, y punto de aplicación que no varíen en el tiempo. El ensayo de tracción tiene por objetivo definir la resistencia elástica, resistencia última y plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas uniaxiales. Este nos permite a los usuarios obtener los parámetros de control de calidad. Hay que tomar en cuenta dos parámetros al realizar la prueba: a. La temperatura ambiente de los materiales y, b. Aplicar la carga lenta y progresivamente Para así asegurar el correcto desarrollo y posterior análisis de la prueba. Máquina de tracción Para realizar este ensayo se requiere de una máquina, prensa hidráulica por lo general, capaz de alcanzar la fuerza suficiente para producir la fractura de la probeta y controlar la velocidad de aumento de fuerzas. Estas máquinas constan de un dispositivo que produce la carga, y otro dispositivo que mide la carga y desplazamientos registrados. La aplicación de la fuerza de tracción tiene lugar en la dirección del eje de la probeta. El proceso de descarga tiene que realizarse de forma progresiva. El dispositivo que mide la carga es una computadora dotada de un software especial que controla el equipo, muestra las curvas y resultados durante todo el proceso del ensayo. 5 Ensayo de Tracción Este ensayo nos permite determinar las propiedades mecánicas que posee el material a evaluar. Consiste en alargar, aplicando una fuerza axial a una probeta la cual se encuentra amarrada a las mordazas de la máquina de ensayos, hasta que esta ceda al esfuerzo de tracción y se fracture. Supongamos que esta probeta tiene un área transversal A0, una longitud L0 y está siendo sometida a una fuerza F perpendicular a la sección de la probeta. Posterior a la fractura de la probeta, se mide la longitud final Lf, con la cual se define la variación de la longitud como la diferencia entre la longitud inicial y la longitud final. Con estos datos ya podemos calcular la deformación unitaria. Deformación o alargamiento unitario (ε) Cociente entre la variación de la longitud y la longitud inicial de la probeta. Esta variable es adimensional. ε = (LF-L0)/L0 De la deformación unitaria se obtiene la siguiente ecuación. Porcentaje de elongación % ε = (LF-L0)*100/L0 Porcentaje de reducción de área Este concepto nos indica el porcentaje en el que un material reduce su área. %RA = (A0-AF)*100/A0 Esfuerzo σ = F/A0 6 Análisis del grafico esfuerzo – deformación Al someter la probeta a una carga que aumenta gradualmente hasta la ruptura de la probeta, pasa por 4 zonas distintas, tales comportamientos se notarán en los gráficos de Esfuerzo vs Deformación, estas zonas corresponden a: Deformación elástica Sigue la Ley de Hooke, comportándose lineal al esfuerzo aplicado, si se deja de aplicar la fuerza en este punto el material volverá a su estado original. La rigidez de un material queda caracterizada por la relación entre el esfuerzo y la deformación, ósea por el Módulo de Young. El esfuerzo es proporcional a la deformación efectuada sobre el material. La constante de proporcionalidad se llama Módulo de Young (E). E = σ/ε Donde σ: esfuerzo en la zona elástica ε: alargamiento o deformación unitaria Fluencia Tras alcanzado el “Límite de fluencia” del material esta se deforma bruscamente sin un aumento considerable de la carga aplicada, este cambio se debe a las impurezas presentes en el metal. Deformación plástica Si el material se deforma hasta el extremo de no poder recuperar sus dimensiones originales, diremos que ha sufrido una deformación plástica. Los cambios son irreversibles. 7 Ya no se sigue la Ley de Hooke, pero si se deja de aplicar fuerza en un punto de esta zona, el material volverá a un tamaño siguiendo una recta imaginaria desde este punto, con pendiente igual al Módulo de Young. Estricción Esto solo ocurre en materiales dúctiles. En esta etapa las deformaciones en la probeta empiezan a concentrarse en una parte de la misma, la cual se ve reducida su sección transversal, esto seguirá hasta que ocurra la ruptura del material. 8 Discusión de resultados Procedimiento 1. Para realizar el ensayo de prepararon dos probetas, una de bronce y otra de acero 1020, en donde tienen que estar pulidas y la variación de su superficie no debe ser abrupta para que no se concentren zonas de tensión. 2. Antes de comenzar a realizar los ensayos de tracción se deben tomar las respectivas medidas de las probetas, tanto la longitud como el diámetro de la misma. 3. Se posiciona la probeta en la máquina de ensayos universales con la ayuda de las tenazas de esta para que quede fija. 4. Se instala el extensómetro, que es un sensor que junto a la máquina de ensayos universales proporciona los datos necesarios al programa. 5. Se inicia la máquina para que este empiece a traccionar la probeta hasta que esta se fracture, todo esto mientras el software monitorea el proceso. 6. Se procede a medir el largo y el diámetro a las probetas fracturadas, también se obtiene los datos monitoreados por el software durante el proceso del ensayo y se grafican. Probeta Diámetro inicial Diámetro final Largo inicial Largo final Acero 1020 5.9 mm 3.65 mm 45.5 mm 56.1 mm Bronce 5.65 mm 4.75 mm 43.9 mm 48.55 mm “Mediciones de las probetas antes y después de realizado el ensayo” “probeta de bronce” 9 “Probeta de acero 1020” Resultados En el siguiente grafico se pueden ver los resultados obtenidos por el software, se observa el límite de elasticidad, límite de rotura, la rotura efectiva y el limite aparente de elasticidad de las dos probetas. “Probeta n°1 es de material de bronce, probeta n°2 es de acero 1020” En la siguiente tabla de resultados se utilizaron las ecuaciones mostradas anteriormente, el fin de esta demostracion es hacer mas facil el analisis de los materiales probados Probeta Deformación unitaria Porcentaje de elongación Porcentaje de reducción de área Acero 1020 0.23 23.29% 38.13% Bronce 0.10 10.66% 15.92% “Deformacion de la probeta y cambios que experimento por los ensayos realizados en ellos” 10 “Probeta de acero 1020” “Probeta de bronce” Análisis Estudiando los resultados obtenidos del ensayo de traccion aplicados a ambas probetas de material de bonce y acero 1020, se halla una diferencia a que ambas probetas no tienen el mismo punto de quiebre, siendo la probeta de acero 1020 la que mas resistio mas el esfuerzo provocado por la maquina. Una de las razones mas importantes fue el material del cual estan fabricados estas probetas, se puede apreciar en el grafico que el material de bronce es un material que puede deformarse mucho menos que el acero 1020. Este resultado no siginifica que el material de bronce no sea capaz de soportar mas esfuerzo que el acero 1020 ya que en la grafica mostrada anteriormente el material de bronce presenta mayor resistencia a los esfuerzos. Viendo la otra probeta de material cero 1020, se prueba que el acero 1020 tiene la capacidad de deformare muchos mas que la probeta de bronce. Este resultado lo convierte en el material perfecto para las construcciones al cararcterizarse por su alta ductilidad como se ha visto en el ensayo. Observando el tipo de deformacion de cada una de las probetas utilizadas, que la probeta de acero 1020 sufrio una fractura tipo ductil mientras que la probeta de bronce se puede ver que su fractura es ductil. 11 Conclusión Al efectuar este ensayo se puede aprender sobre las propiedades mecánicas del material que se está estudiando, en este caso la deformación y esfuerzo máximo que soporta dicho material al ser sometido a una fuerza de tracción por una máquina de ensayo, lo cual tiene una gran importancia al momento de saber los límites de este material en el entorno industrial o donde vaya a ser utilizado, además cabe decir que no siempre se podrá tener un cálculo exacto y esto es debido a la probeta, ya que debe ser cuidadosamente preparada ya que si la zona de prueba no es uniforme puede afectar el resultado final o bien la zona de fractura. 12 Referencias (1) Edwin Medina Bejarano. Ensayo de tensión o tracción. http://udistrital.edu.co:8080/c/document_library/get_file?uuid=1404d4ad0b86-4473-8ade-8292e80b0eac&groupId=19625 (2) Área Tecnología, Deformación elástica. https://www.areatecnologia.com/materiales/deformacion-elastica.html (3) Callister, William D, Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. Editorial Revert S.A. Barcelona. 1995 13
