PRACTICA No. 1 ENSAYO DE TRACCION UNIAXIAL

PRACTICA No. 1 ENSAYO DE TRACCION UNIAXIAL PARA DIFERENTES
TIPOS DE MATERIALES
-OBJETIVO
Identificar la relación que existe entre el esfuerzo y la deformación del material, para su
posterior relación con las propiedades mecánica, a partir de un ensayo de tensión sobre
probetas de diferentes materiales.
-INTRODUCCIÓN
Deformación. Es el proceso durante el cual un cuerpo cambia sus dimensiones en respuesta
a una o varias fuerzas exteriores que sobre él se aplican. Al inicio de la deformación se
producen efectos reversibles en el cuerpo, los cuales desaparecen después de que se elimina
la fuerza; a esto se le denomina: estado de deformación elástica. A partir de que la
deformación rebase el estado elástico, se producen el cuerpo efectos no reversibles y que
dan lugar al estado de deformación plástica. En algunos casos, la deformación plástica
puede llegar a rebasar el 100% sin que se detecte variación en el volumen total e l cuerpo.
La deformación plástica parece entonces efectuarse a volumen constante o por una
variación muy pequeña, lo cual se traduce simplemente en el hecho de que el numero de
átomos de un cuerpo es constante durante la deformación y que no se produce más que una
reorganización en el apilamiento de los átomos, lo cual es suficiente para inducir un cambio
en volumen.
Figura 1. Gráfica esfuerzo-deformación representativa.
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Esfuerzo. Se dice que un cuerpo está sometido a esfuerzo, cuando una parte de él ejerce
fuerzas sobre partes vecinas y estas fuerzas dependen de las dimensiones del cuerpo.
Deformación. Es el cambio en dimensiones que experimenta un cuerpo cuando se
encuentra sometido a esfuerzo. La mayor parte de los ensayos mecánicos en laboratorio se
efectúan en el estado de esfuerzo uniaxial, ya sea en tensión o compresión. Esto se debe a
que los mecanismos microscópicos que se encuentra en juego después de la deformación,
son complejos y muy variados y por eso se prefiere la simplificación de las condiciones de
operación al estado uniaxial.
Uno del os principales tipos de ensayo para el estudio de la deformación es el ensayo de
tracción, que consiste en la realización, a una velocidad constante de deformación, de una
prueba mecánica que se emplea, para determinar las propiedades de los materiales al ser
sometidos a esfuerzos de tensión. La deformación obtenida mediante este ensayo se puede
representar en la grafica esfuerzo-deformación (figura 1) en donde además es posible
localizar ciertos puntos y regiones que dan deformación sobre el comportamiento dl
material analizado, conforme este se somete a esfuerzos de tensión cada vez mayores. Las
regiones o puntos de la grafica de esfuerzo-deformación, que mayor información
proporcionan sobre el comportamiento mecánico del material son:
Región elástica: zona ubicada entre la línea recta que va del origen al punto A y en donde
se observa una relación proporcional entre el esfuerzo y la deformación unitaria. La
pendiente de esta recta se conoce como modulo de elasticidad (ver figura 1).
Esfuerzo de fluencia. Al incrementar el esfuerzo más allá del límite proporcional, la curva
esfuerzo-deformación unitaria presenta una pendiente cada vez menor, hasta llegar al punto
B donde se vuelve horizontal y ocurre un considerable alargamiento de la probeta sin un
incremento perceptible en la fuerza de tensión (hasta llegar al punto C). Esta característica
se conoce como fluencia del material y el punto B de la grafica corresponde al denominado
esfuerzo de fluencia (ver figura 1).
Después de experimentar la deformación que ocurre durante la fluencia, el material
comienza a endurecerse por deformación; se encuentra en su zona plástica y la probeta de
prueba en esta región requiere un incremento de la carga de tensión para poderse deformar
generando en el diagrama de esfuerzo-deformación una pendiente positiva del punto C al
punto D.
Finalmente la carga a la que se somete el material termina por alcanzar su valor máximo a
un esfuerzo correspondiente, denominado esfuerzo último (punto D). Un alargamiento
adicional de la probeta la acompaña una reducción de la carga y la fractura de la misma,
que ocurre finalmente en un punto E.
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-EQUIPO O MATERIAL REQUERIDO
Probetas para ensayo de tracción cilíndricas según las normas ASTM (preparar la probeta
de acuerdo a las dimensiones que marcar la norma. Los materiales propuestos pueden ser
modificados con otros, pero asegurarse de preparar las probetas de acuerdo a la norma
ASTM), de los siguientes materiales: cobre, aluminio, acero 1018 y latón.
Maquina universal (figura 2) integrada por:
1.
2.
3.
4.
Modulo de medición
Dispositivos para ensayos
Computadora
Mordazas
1
4
3
2
Figura 2. Máquina de pruebas universales para la determinación de propiedades
mecánicas de materiales.
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-DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
1. Calibre la maquina universal.
2. Encienda la computadora y cargue el sistema operativo.
3. Elija el tipo de programa y los parámetros de operación para la prueba.
4. Coloque la probeta en las mordazas asegurándose de que estas queden bien sujetas. La
mordaza inferior puede ascender y descender (botones: Up & Down) para ajustar la
distancia a la probeta; en ocasiones es necesario bajar la mordaza inferior para lograr
asegurar la probeta.
5. Proporcione al programa las dimensiones de la probeta y los parámetros de operación
restantes.
6. Active la prueba. La curva del material en prueba comenzara a formarse en la pantalla.
7. Al concluir la prueba, registre los resultados obtenidos.
8. Repita la prueba para todos los materiales.
- EVALUACIÓN Y RESULTADOS
Después de realizar el ensayo de tracción para las cuatro probetas, registre los datos
obtenidos de esfuerzo y deformación y posteriormente construya la grafica de esfuerzodeformación para cada una de ellas.
Completa la siguiente tabla a partir de los datos obtenidos en los diagramas de esfuerzo
deformación.
Datos
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
Unida
des
Diámetro
(D)
Longitud (L)
Área (A)
FYLD
FMAX
FBRK
σYLD
σMAX
σBRK
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-ANALISIS DE RESULTADOS
A partir de los resultados obtenidos, discuta lo siguiente de manera individual:
1.- ¿Cuál de los materiales estudiados es el más frágil? ¿Por qué?
2.- ¿Cuál de los materiales es el más dúctil? ¿Por qué?
3.- ¿en cuál de los cuatro casos se requirió una mayor carga para generar la ruptura? ¿A qué
se debe lo anterior?
4.- ¿Qué diferencias observa en la fractura generada en cada probeta? ¿A qué se debe el
cambio de apariencia en la zona con fractura?
-PARAMETROS DE CALIFICACION
CRITERIOS DE
EVALUACION
%
Reporte de la practica
40
Presentación de la
practica
10
Análisis de resultados
30
Discusión de
resultados
20
7
-REFERENCIAS
1. Douin, Joel, mecanique des milieux continus, PAVAGES, Diderot Editeur, arts et
Sciencies, Paris, 1997.
2. Milton Ohring, engineering material science, Academic Press Inc., San Diego,
California, 1995.
3. Deborah D.L. Chung, Applied Materials Science, CRC Press, Boca Raton, Florida,
2001.
4. William D. Callister, Jr., Materials Science and Engineering: Introduction, John Wiley
& Sons, Inc., New York, NY, 2007.
5. Brian S. Mitchell, an introduction to materials engineering and science for chemical and
materials engineers, a john wiley & sons, inc., publication, Hoboken, New Jersey, 2004.
6. Michael Ashby, Hugh Shercliff and David Cebon, Materials Engineering, Science,
Processing and Design, Butterworth-Heinemann, Burlington, MA, 2007.
7. James M. Gere, Mecanics of Materials, Cengage Learning, Stamford, CT, USA, 2009.
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