Universidad de La Rioja

Fabián Casis Martínez

Grupo de laboratorio: A-3

1. INTRODUCCIÓN :

En esta práctica comprobaremos las características mecánicas de un acero al carbono (F114) a partir de un ensayo de tracción. El ensayo de tracción es uno de los ensayos destructivos más utilizados, y consiste en someter una probeta normalizada a esfuerzos progresivos y crecientes de tracción en dirección axial hasta que llegue a la deformación y seguidamente a la rotura.

El ensayo 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. Las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas (ε = 10–

4 a 10–2 s–1).

En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los materiales elásticos:

Módulo de elasticidad o 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, 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.

Límite de fluencia es el valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la 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 el 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 o resistencia a tracción: carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta.

Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está 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 esta práctica utilizamos un Acero F-114 (C45), podremos a partir del ensayo de tracción comprobar las características mecánicas.

Este acero en nuestra practica lo encontraremos con forma de chapa y de probeta.

Un calibre, con el cual obtenemos las medidas de los diámetros y longitudes de nuestras

probetas.

La parte más importante de la práctica se realizara con la máquina de tracción.

Los ensayos de tracción, compresión y flexión pueden realizarse con una máquina

Universal, cuyo émbolo produce tracciones, compresiones y flexiones a voluntad,

aplicando las cargas deseadas a la probeta colocada y sujeta en la máquina por medio de

mordazas adecuadas.

esta máquina se compone de 3 pesos, que equivaldrían a 10000 kp, que debemos

colocar adecuadamente según la escala que vayamos a tomar. Esta máquina es la que

produce la rotura en la probeta y en la chapa, y de donde obtenemos la gráfica F (kp)-

Al (mm)

3. PROCEDIMIENTOS

El ensayo de tracción es uno de los ensayos destructivos más utilizados, y consiste en someter una probeta normalizada a esfuerzos progresivos y crecientes de tracción en dirección axial hasta que llegue a la deformación y seguidamente a la rotura.

En este ensayo medimos la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada

lentamente.

Por lo tanto antes comenzar y de someter la probeta a la máquina de tracción, debemos

tomar las distintas medidas requeridas, para poder realizar los cálculos posteriores y

demostrar lo ocurrido.

En esta práctica realizamos dos ensayos, el primero con una probeta y después con una

chapa, con lo cual hay que estudiarlas por separado:

Probeta cilíndrica

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

circular. Sus extremidades son de mayor sección, para poder fijarlas a la máquina de

tracción. En las probetas se hacen dos marcas entre las cuales se mide la longitud l0

(puntos calibrados). Para que los resultados sean comparables, las probetas deben ser

geométricamente semejantes, así bajo mismas cargas, obtendremos deformaciones

proporcionales.

Lo primero que debemos calcular de la probeta es su longitud y sección, operación que

realizaremos con ayuda del calibre.

Obtenemos:

L = 100mmD = 10mm

Lo = k ∙ √So = 8.16 ∙ √S = 72,33mm

separaciónlateral = L − Lo

2=100 − 72.33

2= 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 tendremos que montar la probeta en la

máquina universal de tracción.

Esto lo realizaremos utilizando una escala adecuada, colocando el papel milimetrado en

el tambor, ajustando la velocidad de la maquina a 35 mm/min y colocando la probeta

dentro de las mordazas utilizando los discos de ajuste bien fijados.

Como podemos observar en la imagen para diferente tipo de sección de la probeta

tenemos un agarre diferente. El circular (a la izquierda de la imagen) para la probeta

cilíndrica, y el plano (a la derecha de la imagen) para la chapa.

Con la máquina ya en funcionamiento, está tiene una velocidad de 35 mm/min. Vemos

como la probeta se va alargando y deformándose hasta llegar a la rotura.

Cuando se rompa la probeta observamos la carga máxima, y en nuestro caso nos dio una carga máxima de 3300 Kp.

Para obtener los resultados nos fijamos por donde se ha roto la probeta, como en nuestro

caso se ha roto fuera del tercio 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 ha roto se coge la mínima distancia al punto de calibración (A).

- Llevamos esa distancia al otro lado obteniendo B.

- Contamos el nº de divisiones entre A y B (n)

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

(N-n) / 2 = (10-2) / 2 = 4 En nuestro caso la rotura es par.

El alargamiento se calcula a partir de la ecuación:

En este caso seguiremos el siguiente procedimiento:

AB = n (divisiones)

Con BC = (N- n) / 2 (divisiones) � Marcamos el punto C:

Medimos con el calibre AB, BC y lo sustituimos en la fórmula del alargamiento en mm.

Así obtenemos el alargamiento porcentual:

Δl =102 − 73,32

73,32∗ 100 = 41%

Resistencia Mecánica:

R% =F%'(

S)*)+)',=

3300

π ∗ 0.005/= 42016904.98(kp/m/)

e45 =F6789(kp)

F:6Á<=>8(%%)=3300

39= 84,61

Límite elástico:

L7 = R? = d?4AáC)+' ∗ e45 = 27mm ∗3300kp

39mm= 2284.62Kp

Módulo de elasticidad:

AL8F = 2mm ∗ e4(mm = 2 ∗ 0.15 = 0.3mm

F8F = D8F:68<=>8 ∗ e45 = 10 ∗3300

39= 846.15kp

E =

F8FSoAl8Flo

=

856.1550.372.32

= 41277kp/mm

Tension de rotura:

R< = dC4A'C)+' ∗ e45 = 36 ∗3300

39= 3046.15kp

Sección Final:

S< = Π ∗ 3/ = 28,27mm/

Estricción:

Z =So − Sf

So ∙ 100 =

5 − 3

5∙ 100 = 40%

GRÁFICA FUERZA FRENTE ALARGAMIENTO

Probeta de chapa:

Esta práctica será parecida a lo realizado anteriormente, por lo que debemos realizar el

mismo ensayo. Lo primero que haremos sera calcular longitud y sección de la probeta,

pero no su sección circular sino el grosor y la anchura.

Datos:

L=100 L0=80

b (altura de la parte estrecha)=18 e (espesor) = 1,5

S0= b e = 27 mm/

separaciónlateral = l − lo

2=100 − 80

2= 10mm

Con la medida de esta separación se hacen dos marcas en la probeta, las cuales

delimitan la longitud lo (puntos calibrados)

Como en la anterior practica, tendremos que someter a la probeta a la máquina de

tracción-compresión-flexión. Esta operación la debemos de realizar con la escala

adecuada, colocando el papel milimetrado en el tambor, ajustando la velocidad de la

maquina a 35 mm/min, colocando la probeta dentro de las mordazas utilizando en este

caso los soportes planos, para poder obtener un buen agarre de la chapa.

Tras realizarse esta nos queda una Lf de 120 mm La fuerza de ruptura ha sido de 800kp Cálculos para chapa plana:

A%(alargamiento) =9KL9M9M

∗ 100 �F/NLON

ON� 50%

Tensión de ruptura:

R< �<

PM� 800/27=29,62 kp/mm/

EGY = 800/17 Fuerza que marca el fin del módulo elástico es la que tenemos a 13mm 13 EGY = 611.76 KP con una tensión asociada de: 661.76/27 = 24,5 kp/mm/ La fuerza con la que entra en el módulo elástico es de 7 EGY= 329.41 KP Con una tensión asociada en este punto de 329,41/27 = 12,2 kp/mm2

Módulo elástico: