República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada

Núcleo: Sucre - Extensión: Carúpano

ENSAYO DE TRACCIÓN

Profesor: Bachilleres:

Enrique Tineo Elena Marcano

Michelle Lozada

Gregor Rivas

Luís Pérez

Octubre 2015

INTRODUCCIÓN

En la mayoría de las ocasiones, los materiales metálicos se emplean con

fines estructurales. Es decir, los componentes fabricados con metales deben

responder de forma adecuada a determinadas situaciones mecánicas. La

expresión de responder de forma adecuada puede entenderse en muy diferentes

sentidos. Así, en muchos casos, significa no fallar en servicio, pero en otros como,

por ejemplo, un fusible mecánico, puede significar lo contrario.

En múltiples aplicaciones el factor que limita la vida útil de un componente

no es su fractura, si no que puede ser cierto grado de desgaste o el desarrollo de

una grieta de cierto tamaño. El abanico de posibilidades se abre aún más cuando

se considera la naturaleza de las solicitaciones mecánicas que deben de ser

soportadas. Éstas pueden ser constantes en el tiempo o variables, en este último

caso, la velocidad de variación puede ser reducida o elevada, pueden actuar de

forma localizada o distribuida en el material. Y, en este último caso, la distribución

de esfuerzos puede ser uniforme o no.

Todo lo expuesto anteriormente, hay que añadir la que surge de la

consideración de otras etapas de la vida de una pieza como, por ejemplo, su

conformación. En ciertos procesos de fabricación, se confiere su forma a los

productos metálicos por deformación plástica. Para determinar cuáles son las

condiciones óptimas de trabajo en estos casos, es necesario conocer cuál es la

relación entre los esfuerzos que se aplican y las deformaciones que se producen y

cuál es la máxima deformación que admite el material sin llegar a romper.

TRACCIÓN

Para la mecánica y la ingeniería, la tracción es el esfuerzo al que se somete

un objeto cuando hay dos fuerzas que resultan opuestas y tienden, a partir de su

aplicación, a alargarlo o estirarlo.

El ensayo de tracción de un material consiste en someter 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. Es un ensayo que tiene por objetivo definir la

resistencia elástica, resistencia última y plasticidad del material cuando se le

somete a fuerzas uniaxiales. Se requiere una máquina, prensa hidráulica 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.

Este ensayo permite obtener información sobre la capacidad de un material

para soportar la acción de cargas estáticas o de cargas que varían lentamente a

temperaturas homólogas inferiores a 0,5 (parámetro adimensional que se define

como el cociente entre las temperaturas de ensayo y de fusión). Como los

componentes metálicos se proyectan en la mayoría de las ocasiones para trabajar

en estas condiciones, probablemente este es el más popular entre los ensayos

que permiten caracterizar el comportamiento mecánico de un material metálico.

El ensayo se realiza alargando una probeta de geometría normalizada, con

una longitud inicial Lo, que se ha amarrado entre las mordazas de una máquina,

según el esquema que se muestra a continuación. Una de las mordazas de la

máquina está unida al cabezal móvil y se desplaza respecto a la otra con

velocidad constante durante la realización del ensayo. Las máquinas de ensayo

disponen de sistemas de medida, células de carga y extensómetros, que permiten

registrar la fuerza aplicada y la deformación producida mientras las mordazas se

están separando.

PROCEDIMIENTO.

El ensayo de tracción se realiza mediante una máquina universal de

tracción que provoca la deformación de una probeta del material a ensayar al

aplicarle una carga progresiva en sentido axial.

La probeta se sujeta por sus extremos en la máquina por medio de

mordazas que a su vez someten la muestra a tensión progresiva. Esta carga

provoca que la probeta se vaya alargando en longitud y adelgazando en sección

(estricción) de un modo progresivo hasta alcanzar la fractura de la pieza. Es, por

tanto, un ensayo destructivo y, para que sea válido, la rotura debe producirse en

la zona central de la probeta. La máquina, simultáneamente, mide la carga

aplicada instantáneamente y la deformación resultante, y en un papel

milimetrado se relacionan los datos de la fuerza (carga) aplicada a la probeta

ensayada, y la deformación que va sufriendo.

Los datos de la fuerza aplicada se pueden convertir en tensión y así construir la

gráfica esfuerzo-deformación

Un material presenta varias zonas en cuanto a su comportamiento ante un

esfuerzo de tracción.

Zona de proporcionalidad (OA)

En la gráfica es una línea recta, es decir, el alargamiento unitario (ε) es

proporcional a la tensión ejercida (σ). En las aplicaciones industriales siempre

se trabaja en esta zona, ya que no se producen deformaciones permanentes y

además se puede aplicar la ley de Hooke.

Zona no proporcional (AB)

El material se comporta de forma elástica, pero no existe una relación

proporcional entre tensión y deformación.

En la zona plástica (BE) también se pueden distinguir dos zonas:

Zona de deformación plástica uniforme o zona de límite de rotura (CD)

Se consiguen grandes alargamientos con un pequeño incremento de la

tensión. En el punto D encontramos el límite de rotura y la tensión en ese

punto se llama tensión de rotura (σr). A partir de este punto, la probeta se

considera rota, aunque físicamente no lo esté.

Zona de rotura o zona de estricción o zona de deformación plástica

localizada (DE)

Las deformaciones son localizadas y, aunque disminuya la tensión, el material

se deforma hasta la rotura. En el punto D, la probeta se ha fracturado. La

sección de la probeta se reduce drásticamente.

Esta curva esfuerzo - deformación varía de un material a otro, e incluso otros

materiales presentan curvas distintas; es el caso del acero.

Una deformación apreciable sin que varíe la tensión aplicada.

Este fenómeno se denomina fluencia y la tensión en ese punto se denomina

tensión de fluencia.

Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material alcanza el punto de

fluencia, y desde ese momento el material comienza a adquirir una

deformación permanente. A partir de este punto, si se retira la carga, la

probeta mantendría una cierta deformación permanente, ya que habrá entrado

en la zona plástica, dejando de cumplirse la ley de Hooke. El valor límite entre

la zona elástica y la zona plástica es el punto de fluencia, punto que en

ocasiones no es sencillo de determinar. Después de la fluencia continúa una

zona inestable, que depende de cada acero, para llegar a un máximo en que

la probeta, en lugar de alargarse de forma permanente y repartida a lo largo

de toda su longitud, lo hace concentrando la deformación en una zona en la

cual se produce un estrangulamiento. A partir del máximo de la carga, se

desarrolla un cuello de estricción en el que se localizan las deformaciones de

la probeta y que hace disminuir la carga resistida. En esta parte del ensayo, el

material fuera de la zona del estrangulamiento se descarga elásticamente,

mientras que en el cuello continúa la carga plástica hasta llegar a la rotura

REQUERIMIENTOS PARA PROBETAS DE ENSAYO.

Ciertos requerimientos fundamentales pueden establecerse y ciertas formas

de probeta se acostumbran a usar para tipos particulares de ensayos. La sección

transversal de la probeta es redonda, cuadrada o rectangular. Para los metales, si

una pieza de suficiente grueso puede obtenerse de manera sencilla, se usa

habitualmente una probeta redonda; para láminas y placas se emplea una probeta

plana.

La porción central del tramo es usualmente, pero no siempre, de sección

menor que los extremos para provocar que el fallo ocurra en una sección donde

los esfuerzos no resulten afectados por los dispositivos de sujeción. Se define

como tramo de calibración aquel sobre el cual se toman las mediciones de

alargamiento o extensómetro.

La forma de los extremos debe de ser adecuada al material, y se ha de

ajustar al dispositivo de sujeción a emplear. Los extremos de las probetas

redondas pueden ser simples, cabeceados o roscados. La relación entre el

diámetro o ancho del extremo, y, el diámetro de la sección reducida ha de

valorarse en materiales quebradizos para evitar la rotura debida al esfuerzo axial y

los esfuerzos debidos a la acción de las mordazas. Una probeta debe de ser

simétrica con respecto a un eje longitudinal durante toda su longitud para evitar la

flexión durante la aplicación de carga.

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, Rp, 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 aplicar 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 continúa

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, At: 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, Z: 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.

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.

Las máquinas que se utilizan para llevar a cabo los ensayos de tracción

disponen de un conjunto muy amplio de accesorios que permiten la aplicación de

solicitaciones de diferente naturaleza y la realización de ensayos de muchos otros

tipos como, por ejemplo, compresión, flexión, plegado, cortadura, etc. Por esta

razón estos equipos se conocen con el nombre de máquinas universales de

ensayo o dinamómetros universales. Si bien estas pruebas son fundamentales en

ocasiones para seleccionar el material adecuado a cierta aplicación o como

método de control de calidad, su empleo es mucho menos frecuente que el del

ensayo de tracción.

Normalmente, el límite de proporcionalidad no suele determinarse ya que

carece de interés para los cálculos. Tampoco se calcula el Módulo de Young, ya

que éste es característico del material; así, todos los aceros tienen el mismo

módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. Los

datos obtenidos en el ensayo deben ser suficientes para determinar esas

propiedades, y otras que se pueden determinar con base en ellas. Por ejemplo,

la ductilidad se puede obtener a partir del alargamiento y de la reducción de área.

CURVA DE TENSIÓN – DEFORMACIÓN

En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos

puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se

representa gráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la

sección de la probeta). En general, la curva tensión – deformación así obtenida

presenta cuatro zonas diferenciadas:

1. Deformaciones elásticas: Las deformaciones se reparten a lo largo de la

probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la

probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad

entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de

Young y es característico del material. La tensión más elevada que se

alcanza en esta región se denomina límite de fluencia y es el que marca la

aparición de este fenómeno. Pueden existir dos zonas de deformación

elástica, la primera recta y la segunda curva, siendo el límite de

proporcionalidad el valor de la tensión que marca la transición entre ambas.

Generalmente, este último valor carece de interés práctico y se define

entonces un límite elástico (convencional o práctico) como aquél para el

que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.).

Se obtiene trazando una recta paralela al tramo proporcional (recto) con

una deformación inicial igual a la convencional.

2. Fluencia o cedencia. Es la deformación brusca de la probeta sin

incremento de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las

impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la

red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el

material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra

liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La

deformación en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo

de la probeta pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado

liberar las dislocaciones (bandas de Lüders). No todos los materiales

presentan este fenómeno, en cuyo caso la transición entre la deformación

elástica y plástica del material no se aprecia de forma clara.

3. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la

probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada

permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas

que en la zona elástica.

4. Estricción. La estricción es la responsable del descenso de la curva

tensión-deformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la

rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza

aplicada (creciente hasta el comienzo de la estricción) entre la sección

inicial: cuando se produce la estricción la sección disminuye (y por tanto

también la fuerza necesaria), disminución de sección que no se tiene en

cuenta en la representación gráfica. Los materiales frágiles no sufren

estricción ni deformaciones plásticas significativas, rompiéndose la probeta

de forma brusca. Terminado el ensayo se determina la carga de rotura,

carga última o resistencia a la tracción: la máxima resistida por la probeta

dividida por su sección inicial, el alargamiento en (%) y la estricción en la

zona de la rotura.

Otras características que pueden caracterizarse mediante el ensayo de

tracción son la resiliencia y la tenacidad, que son, respectivamente, las energías

elásticas y totales absorbidas y que vienen representadas por el área comprendida

bajo la curva tensión – deformación hasta el límite elástico en el primer caso y

hasta llegar a rotura en el segundo.

- RESILIENCIA Medida de la capacidad de un material de absorber energía

elástica antes de la deformación plástica.

- TENACIDAD La tenacidad de un material es un término mecánico que se utiliza

en varios contextos; en sentido amplio, es una medida de la capacidad de un

material de absorber energía antes de la fractura. La geometría de la probeta así

como la manera con que se aplica la carga son importantes en la determinación

de la tenacidad.

RESISTENCIA DEL MATERIAL RESPECTO AL ENSAYO

Se conoce como ductilidad a la propiedad de aquellos materiales que, bajo

la acción de una fuerza, pueden deformarse sin llegar a romperse. Estos

materiales, como ciertos metales o asfaltos, se conocen como dúctiles. En cambio,

los materiales que no poseen esta propiedad se califican como frágiles. Esto

quiere decir que los materiales dúctiles pueden experimentar importantes

deformaciones antes de romperse, mientras que los frágiles se rompen casi sin

deformación.

Los materiales dúctiles toleran métodos de fabricación por deformación

plástica y soportan una mayor cantidad de uso, ya que se deforman antes de

romperse. Es necesario aplicar una gran fuerza para romper un material

dúctil: sus átomos pueden deslizarse unos sobre otros, estirando el material sin

romperse. Es importante saber distinguir entre los términos dúctil y blando. En

primer lugar, la ductilidad sólo aparece cuando un material en particular es

sometido a una fuerza de gran magnitud; por ejemplo, si se aplica una carga

pequeña, entonces el material se deformará discretamente, y recién cederá y se

deformará en un grado mucho mayor cuando se lo lleve al límite. Lo más curioso y

digno de ser destacado es que cuando este tipo de material atraviesa esa barrera,

en la cual la fuerza ejercida sobre él es considerable, conserva su integridad y

simplemente cambia de forma.

Durante un ensayo de tracción, un experimento que consiste en evaluar

las propiedades relacionadas con la resistencia de un material buscando el punto

en el cual se rompen, los dúctiles atraviesan una etapa de deformación irreversible

muy considerable que se caracteriza por un mínimo aumento de la carga a la cual

se somete.

En ingeniería el límite elástico es la tensión que mantiene la deformación

plástica. El comportamiento plástico de un material, de da cuando este es

sometido a tensiones superiores a las que puede soportar. Si las tensiones

aumentan pueden provocar el punto de fractura. Esto demuestra que el límite

elástico es un marcador del paso a la zona de fluencia. Cuando la tensión es

uniaxial, el límite elástico es admisible cuando entra en la superficie de fluencia del

que posee la materia

Los materiales sometidos a tensiones superiores a su límite de elasticidad

tienen un comportamiento plástico. Si las tensiones ejercidas continúan

aumentando el material alcanza su punto de fractura. El límite elástico marca, por

tanto, el paso del campo elástico a la zona de fluencia. Más formalmente, esto

comporta que en una situación de tensión uniaxial, el límite elástico es la tensión

admisible a partir de la cual se entra en la superficie de fluencia del material

CONCLUSIONES

El ensayo a tracción es la forma básica de obtener información sobre el

comportamiento mecánico de los materiales. Mediante una máquina de ensayos

se deforma una muestra o probeta del material a estudiar, aplicando la fuerza

uniaxialmente en el sentido del eje de la muestra. A medida que se va deformando

la muestra, se va registrando la fuerza (carga), llegando generalmente hasta la

fractura de la pieza. Así pues, el resultado inmediato es una curva de carga frente

a alargamiento, que transformados en tensión y deformación, en función de la

geometría de la probeta ensayada, aportan una información más general.

El ensayo de tracción de un material consiste elementalmente en someter a

una probeta, a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la

rotura de la probeta. Esto requiere la utilización de una máquina de ensayos, la

cual mide la tensión aplicada a la probeta y la elongación de ésta. De este ensayo

se obtiene la curva de tensión-deformación que complementada por la medición

directa de la sección de la probeta permiten determinar las características

mecánicas mencionadas anteriormente. La curva tensión-deformación presenta

distintas zonas asociados a diferentes estados de la probeta.

Dentro de la ingeniería en ensayo de tracción es de suma importancia ya

que lo podemos tomar en cuenta para el diseño de estructuras, saber cuándo un

elemento está siendo sometido a tensión. Se puede conocer cómo aplicar las

cargas a través de las mordazas al mismo tiempo que ocurre un deslizamiento de

la probeta dentro de la máquina, la cual se estira hasta sufrir fractura.