Práctica  2.1                  

Ensayo  de  tracción  1.                                        Ciencia  de  materiales    David  Martínez  Allo    Curso  2014-­‐2015  

 

 

1. Finalidad  de  la  práctica.    

La   finalidad   de   la   practica   es   comprobar   las   características  mecánicas   de   un  acero  al  carbono  (F114)  a  partir  de  un  ensayo  de  tracción.  Este  ensayo,  es  uno  de  los  ensayos  destructivos  mas  utilizados.  El  fundamento  de  este  ensayo  es  someter  a   una   probeta   normalizada   a   esfuerzos   progresivos   y   crecientes   de   tracción   en  dirección  axial  hasta  que   llegue  a   la  deformación  y   seguidamente  a   la   rotura.  Un  esfuerzo   axial   es   aquel   que   es  debido   a   fuerzas  que   actúan   a   lo   largo  del   eje  del  elemento.  

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.  

En  un  ensayo  de  tracción,  podemos  determinar  diferentes  características  de  los  materiales  elásticos  como  son:  

-­‐ Modulo  de  elasticidad:  También  conocido  como  “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:   Cuantifica   la   razón   entre   el   alargamiento  longitudinal   y   el   acortamiento   de   las   longitudes   transversales   a   la  dirección  de  la  fuerza.  

-­‐ Limite  de  proporcionalidad:  Valor  de  la  tensión  por  debajo  de  la  cual  el  alargamiento  es  proporcional  a  la  carga  aplicada.  

-­‐ Límite  de   fluencia:  Valor  de   la   tensión  que  soporta   la  probeta  en  el  momento   de   producirse   el   fenómeno   de   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:   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:  También  conocida  como  resistencia  a  la  tracción,  es  la   carga  máxima   resistida   por   la   probeta   dividida   entre   la   sección  inicial  de  la  probeta.  

-­‐ Alargamiento   de   rotura:   incremento   de   longitud   que   ha   sufrido   la  probeta.  Se  mide  entre  dos  puntos  cuya  posición  esta  normalizada  y  se  expresa  en  tanto  por  ciento.  

-­‐ Estricción:  es  la  reducción  de  la  sección  que  se  produce  en  la  zona  de  la  rotura.  

   

2. Materiales.  El  material  principal  es  el  Acero,  en  este  caso  utilizaremos  dos  probetas,  una  de  

forma  de  chapa  y  la  otra  de  probeta,  ambas  son  de  un  acero  F-­‐114  (C45),  a  partir  

 

de   las   cuales   y   del   ensayo   de   tracción   podremos   comprobar   las   características  mecánicas.  

También   será   necesario   utilizar   un   calibre   o   un   pie   de   rey   para   tomar   las  medidas  de  los  diámetros,  así  como  de  las  longitudes  de  nuestras  probetas,  antes  y  después  del  ensayo.  

La  parte  mas  importante  de  la  practica  se  realizara  con  la  maquina  de  tracción.  La  maquina  que  utilizaremos  será  la  maquina  universal  de  tracción,  compresión  y  fluencia,   cuyo   embolo   produce   tracciones,   compresiones   y   flexiones   a   voluntad,  aplicando   las   cargas   deseadas   a   la   probeta   colocada   y   sujeta   en   la  máquina   por  medio  de  las  mordazas  adecuadas.  Esta  maquina  es  la  que  produce  la  rotura  en  las  probetas  y  de  donde  obtendremos  la  grafica  F  (Kp)-­‐  Al  (mm).  

 

   

3. Procedimiento  y  cálculos.    

En   esta   practica   realizaremos   dos   ensayos,   el   primero   con   una   probeta   y   el  segundo  con  una  chapa,  con  lo  cual  lo  estudiaremos  por  separado:  

 3.1. Probeta  cilíndrica.  

 Las   probetas   son   normalmente   barras   de   sección   regular   y   constante,   casi  

siempre   circular,   aunque   sus   extremidades   son   de   mayor   sección,   para   poder  fijarlas   a   la  maquina   de   tracción.   En   las   probetas   se   hacen   dos  marcas   entre   las  cuales  se  mide  la  longitud.    

Lo  primero  que  debemos  calcular,   será   la   longitud  y   la   sección  de   la  probeta,  operación  que  realizaremos  con  ayuda  del  calibre.  

 

   

Obtenemos  que:    

𝐿 = 100𝑚𝑚                              ∅ = 10𝑚𝑚    

 

𝐿! = 𝑘 ∗ 𝑆 = 8,16 ∗ 𝜋 ∗ 𝑟!! = 8,16 ∗ 𝜋 ∗ 5! = 72,31𝑚𝑚  

 

𝑆𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛  𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 =𝐿 − 𝐿!2 =

100− 72,312 = 13,84𝑚𝑚  

 Dividimos  la  probeta  en  10  partes  iguales  por  si  no  rompiera  en  el  tercio  

central:      

 Con  los  datos  tomados  y  las  divisiones  realizadas,  montaremos  la  probeta  en  la  

máquina  universal  de  tracción.  Colocaremos   la   escala   adecuada   en   la   máquina,   colocaremos   el   papel  

milimetrado   en   el   tambor,   ajustando   la   velocidad   de   la  máquina   a   35mm/min   y  colocaremos  la  probeta  dentro  de  las  mordazas  utilizando  los  discos  de  ajuste  bien  fijados.  

 

   Una  vez  puesta  en  marcha  la  maquina,  vemos  como  la  probeta  se  va  alargando  

y  deformando  hasta  llegar  a  su  rotura.    Cuando  la  probeta  se  ha  roto,  observamos  la  carga  máxima,  en  nuestro  caso  nos  

ha  dado  una  carga  máxima  de  3150  Kp.    

 

Para  obtener  los  resultados  nos  fijamos  por  donde  se  ha  roto  la  probeta,  en  nuestro  caso,  como  se  ha  roto  fuera  del  terco  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  se  ha  roto  se  coge  la  mínima  distancia  al  punto  de  calibración  (A).    

-­‐ Llevamos  esa  distancia  al  otro  lado  obteniendo  B.  -­‐ Contamos  el  número  de  divisiones  entre  A  y  B  (n).  

 

   Según  sea  la  diferencia  N-­‐n  la  rotura  es  par  o  impar:    

𝑇𝑖𝑝𝑜  𝑟𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑁 − 𝑛 = 10− 4 = 6 → 𝑅𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎  𝑝𝑎𝑟    El  alargamiento  se  calcula  a  partir  de  la  siguiente  ecuación:    

∆𝑙 =𝐴𝐵 + 2𝐵𝐶 − 𝐿!

𝐿!∗ 100  

 Donde:  

-­‐ 𝐴𝐵  =  n  (divisiones)  -­‐ Con  𝐵𝐶 = !!!

!→  Marcamos  el  punto  C:  medimos  con  el  calibre  𝐴𝐵  y  𝐵𝐶  y  lo  

sustituimos  en  la  fórmula  del  alargamiento  en  mm.    Así  obtenemos  el  alargamiento  porcentual:    

∆𝑙 =3,6+ 2 ∗ 2,6− 72,31

72,31 ∗ 100 = 21,69%  

   La  resistencia  mecánica:    

𝑅! =𝐹!á!𝑆!"#$#%&

=3150𝜋 ∗ 5! = 40,11  𝐾𝑝 𝑚𝑚!  

         

 

El    límite  elástico:    

𝑒!" =𝐹!"#$(𝑘𝑝)

𝐹!"á!"#$(𝑚𝑚)=315033 = 95,45  𝐾𝑝 𝑚𝑚  

     

𝐿.𝐸.= 𝑑!  !"á!"#$ ∗ 𝑒!" = 27 ∗315033 = 2577,27  𝐾𝑝  

   Módulo  de  elasticidad:    

𝐴𝑙!! = 2𝑚𝑚 ∗ 𝑒!"𝑚𝑚 = 2 ∗ 0,22 = 0,44𝑚𝑚    

𝐹!! = 𝐷!!!"#$%&# ∗ 𝑒!" = 21 ∗ 95,45 = 2004,45  𝑘𝑝    

𝐸 =𝐹!!

𝑆!𝐴𝑙!!

𝐿!

=2004,45

𝜋 ∗ 5!0,44

72,31= 4194,2183  𝐾𝑝 𝑚𝑚!  

       Tensión  de  rotura:    

𝑅! = 𝑑!"#á!"#$ ∗ 𝑒!" = 38 ∗ 95,45 = 3627,1  𝐾𝑝    Sección  final:    

𝑆! = 𝜋 ∗ 𝑟! = 𝜋 ∗ 3,75! = 44,178  𝑚𝑚!    Estricción:    

𝑍 =𝑆! − 𝑆!𝑆!

∗ 100 =𝜋 ∗ 5! − 𝜋 ∗ 3,75!

𝜋 ∗ 3,73! ∗ 100 = 77,7778%  

                   

 

 3.1.1. Grafica  obtenida.  

 

   

 3.2. Probeta  de  chapa.  

 La   preparación   de   esta   practica   será   igual   que   la   anterior,   por   lo   tanto   lo  

primero  en  hacer  será  calcular  su   longitud  y  su  sección,  pero  no  sección  circular  como  en  el  caso  anterior,  sino  el  grosor  y  la  anchura.    

Obtenemos  que:    

𝐿 = 100  𝑚𝑚                              𝐿! = 80  𝑚𝑚    

𝑒 = 2  𝑚𝑚                              𝑏 = 20  𝑚𝑚    

Donde  “e”  es  el  espesor,  “b”  la  altura  y  “𝐿!”  la  distancia  entre  las  marcas.    Como   en   la   probeta   cilíndrica,   calcularemos   la   distancia   que   tiene   que   haber  

entre  la  cabeza  de  la  probeta  y  𝐿!.    

𝑆𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛  𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 =𝐿 − 𝐿!2 =

100− 802 = 10𝑚𝑚  

      Al   igual   que   antes,   dividiremos  𝐿!  en   10   partes,   igual   que   en   la   probeta  cilíndrica.  Seguido  de  esto  colocaremos  la  probeta  de  chapa  en  la  maquina  con  los  accesorios   adecuados   y   someteremos   la   probeta   a   la   maquina.   Colocaremos   el  papel  milimetrado  en  el  tambor,  ajustaremos  la  maquina  a  la  misma  velocidad  que  antes,  35mm/min  y  le  daremos  marcha.  

 

 

   

Tras  el  ensayo,  el  medidor  marca  una  fuerza  máxima  de  625  Kp  cuando  la  probeta  ha  roto.  

 Según  sea  la  diferencia  N-­‐n  la  rotura  es  par  o  impar:    

𝑇𝑖𝑝𝑜  𝑟𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑁 − 𝑛 = 10− 6 = 4 → 𝑅𝑜𝑡𝑢𝑟𝑎  𝑝𝑎𝑟    El  alargamiento  se  calcula  a  partir  de  la  siguiente  ecuación:    

∆𝑙 =𝐿′! − 𝐿!𝐿!

∗ 100 =105− 80

80 ∗ 100 = 31,25%  

 La  resistencia  mecánica:    

𝑅! =𝐹!á!𝑆!

=6252 ∗ 20 = 15,625  𝐾𝑝 𝑚𝑚!  

 El    límite  elástico:    

𝑒!" =𝐹!"#$(𝑘𝑝)

𝐹!"á!"#$(𝑚𝑚)=62511 = 56,82  𝐾𝑝 𝑚𝑚  

     

𝐿.𝐸.= 𝑑!  !"á!"#$ ∗ 𝑒!" = 8 ∗ 56,82 = 454,56  𝐾𝑝      Módulo  de  elasticidad:    

𝐴𝑙!! = 2𝑚𝑚 ∗ 𝑒!" = 2 ∗ 0,38 = 0,76𝑚𝑚      

 

𝐸 =𝐿.𝐸.

𝑆!𝐴𝑙!!

𝐿!

=454,56

400,76

72,31= 1196,2  𝐾𝑝 𝑚𝑚!  

       Tensión  de  rotura:    

𝑅! = 𝑑!"#á!"#$ ∗ 𝑒!" = 14 ∗ 56,82 = 795,48  𝐾𝑝    

 3.2.1. Grafica  obtenida.