- Objetivos
- Generalidades
- Material y equipo a
utilizar - Procedimiento
- Actividades a realizar
- Conclusiones y
recomendaciones - Bibliografía
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo
general
Analizar el
comportamiento
de diversos materiales
metálicos al ser sometidos a un esfuerzo de tensión
uniaxial.
- Objetivos
específicos
Calcular la
resistencia a la
tracción de cada uno de los materiales
ensayados.
El
estudiante debe mencionar tres objetivos
específicos más. Ver actividades a
realizar.
El ensayo se
realiza en una Máquina Universal (figura1.2) y la
operación consiste en someter una probeta (ver figura 1.1)
a una carga monoaxial gradualmente creciente (es decir, estática)
hasta que ocurra la falla.
Las probetas para
ensayos de
tensión se fabrican en una variedad de formas. La
sección transversal de la probeta puede ser redonda,
cuadrada o rectangular. Para la mayoría de los casos, en
metales, se
utiliza comúnmente una probeta de sección redonda.
Para láminas y placas usualmente se emplea una probeta
plana.
Figura 1.1
Probeta para ensayo de tracción
La
transición del extremo a la sección reducida debe
hacerse por medio de un bisel adecuado para reducir la
concentración de esfuerzos causados por el cambio brusco
de sección.
El esfuerzo axial
s en el espécimen de prueba
(probeta) se calcula dividiendo la carga P entre el área
de la sección transversal (A):
FIGURA 1.2
MÁQUINA PARA ENSAYO DE TRACCIÓN
Cuando en este
cálculo
se emplea el área inicial de la probeta, el esfuerzo
resultante se denomina esfuerzo nominal (esfuerzo convencional o
esfuerzo de ingeniería). Se puede calcular un valor
más exacto del esfuerzo axial, conocido como esfuerzo
real.
La
deformación unitaria axial media se determina a partir del
alargamiento medido "d "entre las
marcas de
calibración, al dividir d entre
la longitud calibrada L0. Si se emplea la longitud
calibrada inicial se obtiene la deformación unitaria
nominal (e ).
Después de
realizar una prueba de tensión y de establecer el esfuerzo
y la deformación para varias magnitudes de la carga, se
puede trazar un diagrama de
esfuerzo contra deformación. Tal diagrama es
característico del material y proporciona información importante acerca de las
propiedades mecánicas y el comportamiento típico
del material.
En la figura 1.3
se muestra el
diagrama esfuerzo deformación representativo de los
materiales dúctiles. El diagrama empieza con
una línea recta desde O hasta A. En esta región, el
esfuerzo y la deformación son directamente proporcionales,
y se dice que el comportamiento del material es lineal.
Después del punto A ya no existe una relación
lineal entre el esfuerzo y la deformación, por lo que el
esfuerzo en el punto A se denomina límite de
proporcionalidad. La relación lineal entre el esfuerzo y
la deformación puede expresarse mediante la
ecuación s = Ee , donde E es una constante de
proporcionalidad conocida como el módulo de elasticidad del
material. El módulo de elasticidad es la pendiente del
diagrama esfuerzo-deformación en la región
linealmente elástica y su valor depende del material
particular que se utilice.
Figura 1.3.
Diagrama esfuerzo-deformación de materiales
dúctiles en tensión (fuera de escala)
La ecuación
s = Ee se conoce comúnmente como ley de
Hooke.
Al incrementar la
carga más allá del límite de
proporcionalidad, la deformación empieza a aumentar
más rápidamente para cada incremento en esfuerzo.
La curva de esfuerzo deformación asume luego una pendiente
cada vez más pequeña, hasta que el punto B de la
curva se vuelve horizontal. A partir de este punto se presenta un
alargamiento considerable, con un incremento prácticamente
inapreciable en la fuerza de
tensión (desde B hasta C en el diagrama). Este
fenómeno se conoce como cedencia o fluencia del material,
y el esfuerzo en el punto B se denomina esfuerzo de cedencia o
punto de cedencia (o bien, esfuerzo de fluencia o punto de
fluencia). En la región de B hasta C, el material se
vuelve perfectamente plástico,
lo que significa que puede deformarse sin un incremento en la
carga aplicada.
Después de
sufrir las grandes deformaciones que se presentan durante la
fluencia en la región BC el material empieza a mostrar un
endurecimiento por deformación. Durante este proceso, el
material sufre cambios en sus estructuras
cristalina y atómica, lo que origina un incremento en la
resistencia del material a futuras deformaciones. Por tanto, un
alargamiento adicional requiere de un incremento en la carga de
tensión, y el diagrama esfuerzo-deformación toma
una pendiente positiva desde C hasta D. Finalmente la carga
alcanza su valor máximo y el esfuerzo correspondiente (en
el punto D) se denomina esfuerzo último. De hecho, el
alargamiento posterior de la barra se acompaña de una
reducción en la carga y finalmente se presenta la fractura
en un punto E, tal como se indica en el diagrama.
Se presenta una
contracción lateral de la muestra cuando se alarga, lo que
origina una reducción en el área de la
sección transversal. La reducción en el área
es muy pequeña como para tener un efecto apreciable en el
valor de los esfuerzos calculados antes del punto C, pero
más allá de este punto la reducción comienza
a modificar el perfil del diagrama. Desde luego, el esfuerzo real
es mayor que el esfuerzo nominal debido a que se calcula con un
área menor.
En la
cercanía del esfuerzo último, la disminución
del área se aprecia claramente y ocurre un estrechamiento
pronunciado de la barra, conocido como estricción. Si para
el cálculo del esfuerzo se emplea el área de la
sección transversal en la parte estrecha del cuello
ocasionado por la estricción, la curva real
esfuerzo-deformación seguirá la línea
punteada CE’. La carga total que puede resistir la probeta
se ve efectivamente disminuida después de que se alcanza
el esfuerzo último (curva DE), pero esta
disminución se debe al decremento en área de la
probeta y no a una pérdida de la resistencia misma del
material. En realidad, el material soporta un aumento de esfuerzo
hasta el punto de falla (punto E’).
Sin embargo, con
fines prácticos la curva esfuerzo-deformación
convencional OABCDE, basada en el área transversal
original de la muestra y que, por lo tanto, se calcula
fácilmente, suministra información satisfactoria
para emplearla en el diseño.
La ductilidad de un material a tensión puede
caracterizarse por su alargamiento total y por la
disminución de área en la sección
transversal donde ocurre la fractura.
La
elongación porcentual se define como sigue:
donde
Lo es la longitud calibrada original y Lf
es la distancia entre las marcas de calibración al ocurrir
la fractura.
La
reducción porcentual de área mide el valor de la
estricción que se presenta y se define como
sigue:
Donde
Ao es el área original de la sección
transversal y Af es el área final en la
sección de la fractura.
Los materiales que
fallan en tensión a valores
relativamente bajos de deformación unitaria se clasifican
como materiales frágiles.
En este ensayo las
propiedades usualmente determinadas son: La resistencia a la
cedencia (punto de cedencia), la resistencia a la tensión,
la ductilidad (El alargamiento y la reducción de
área), el módulo de elasticidad y el tipo de
fractura.
Página siguiente  |