1 ENSAYO DE TRACCIÓN Laboratorio MEC-2248

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA - ELECTROMECÁNICA
TEORÍA Y ENSAYO DE MATERIALES
MEC - ELM
Guía de LABORATORIO
Doc.: Ing. Gustavo Zubieta B.
ENSAYO DE TRACCIÓN
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ENSAYO DE TRACCIÓN
1.1 INTRODUCCIÓN
Es de particular interés técnico conocer, o verificar en algunos casos, ciertas propiedades
mecánicas que se requieren en el abordaje y toma de decisiones sobre la elección adecuada
de determinados materiales a ser utilizados en diseño, reemplazo de piezas, o procesos
similares. El ensayo o prueba de Tracción es una vía para determinar algunas propiedades
mecánicas de materiales metálicos como es el caso del acero.
1.2 CUESTIONAMIENTOS INICIALES
Cabe hacer las siguientes preguntas de índole indagatoria: ¿Qué propiedades mecánicas se
pueden obtener de un ensayo de tracción? ¿Qué medios se requieren para su ejecución?
¿Son suficientes las cualidades funcionales de los medios disponibles?
1.3 OBJETIVO GENERAL
Determinar experimentalmente las propiedades mecánicas de una probeta normalizada de
acero mediante un ensayo de tracción utilizando un Equipo Universal de TracciónCompresión.
1.3.1 0bjetivos Específicos
De acuerdo con las posibilidades operativas propias del equipo disponible, serán posibles
las siguientes tareas:
- Determinar la resistencia a la tracción del material.
- Determinar la resistencia de cedencia o en su caso, el límite de fluencia del material.
- Determinar la ductilidad o grado de ductilidad del material.
1.4 MARCO TEÓRICO BÁSICO
El ensayo ingenieril de tracción está caracterizado como ensayo destructivo. Se somete una
probeta o espécimen normalizado a una tensión traccionante en sus extremos para registrar
paulatinamente las cargas y alargamientos que van aumentando a velocidad lenta (por ello
también se denomina ensayo cuasi estático) hasta alcanzar la falla del material por separación estructural o fractura.
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Los valores registrados por el equipo durante el ensayo deben traducirse a las variables ingenieriles de esfuerzo (stress) y deformación (strain).
Esfuerzo ingenieril : 𝜎𝜎 =
𝐹𝐹
𝐴𝐴0
(1)
Deformación ingenieril unitaria : 𝜀𝜀 =
𝑙𝑙 − 𝑙𝑙0 ∆𝑙𝑙
=
𝑙𝑙0
𝑙𝑙0
(2)
Siendo:
𝐹𝐹, carga instantánea de tracción actuante sobre el espécimen (N).
𝐴𝐴0 , área original de la sección transversal de la sección de prueba (mm2).
𝑙𝑙, longitud de alargamiento instantánea en virtud de la carga aplicada (mm).
𝑙𝑙0 , longitud inicial antes de la prueba (longitud calibrada) (mm).
∆𝑙𝑙, variación de longitud en virtud de la carga aplicada (alargamiento) (mm).
Figura 1 Diagrama tensión-deformación a partir
del ensayo de tracción. Propiedades mecánicas principales que se obtienen. [1]
Figura 2 Zona de fluencia que se presenta en
aceros al bajo carbono. [1]
Las propiedades mecánicas importantes que se pueden obtener a partir de este ensayo
se pueden apreciar en la Fig. 1, donde se resaltan:
1) Módulo de elasticidad o módulo de Young, E.
2) Resistencia de cedencia o límite elástico, Rc (Rc0.2).
3) Resistencia última a la tracción o simplemente resistencia a la tracción, Rm.
4) Grado de ductilidad, expresado como el porcentaje de deformación a la rotura (posteriormente a la recuperación elástica), 𝜀𝜀𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓 ∙ 100%.
5) Tenacidad a la tracción, expresado por el módulo de tenacidad, correspondiente al área
bajo la curva tensión deformación (a plena carga) hasta la rotura, ∫ 𝜎𝜎 𝑑𝑑𝑑𝑑.
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En el caso de aceros al bajo carbono es típica la curva tensión-deformación mostrada
en la Fig. 2, donde se aprecia la zona de transición entre la linealidad elástica y la plasticidad del material denominada zona de fluencia con sus límites superior e inferior.
Figura 3
Forma y dimensiones recomendables para probeta normalizada utilizada en ensayos de tracción.
Las dimensiones usuales de la probeta estándar de acero para el ensayo de tracción
(Referencias [2], [3]) se muestran en la Fig. 3 las cuales son compatibles tanto con la normativa norteamericana ASTM 1 como la euro-alemana DIN. 2 Sin embargo, la longitud
total del espécimen está adecuada a la longitud entre mordazas particular del equipo de
tracción.
1.5 MEDIOS Y EQUIPAMIENTO
Se dispone y se requiere de los siguientes medios a ser utilizados en la experiencia a realizar:
- Espécimen o probeta normalizada de acero (provista por cada grupo de estudiantes
que efectuará el ensayo) (el tipo o calidad de acero debe ser especificado por el fabricante o proveedor);
- Máquina universal de tracción-compresión, Cap. 100kN;
- Indicador visual y calibrador de fuerza, “Gauge Buster 2”;
- Extensómetro, alargamiento máximo 25.4mm, conexión a puerto COM;
- Computadora personal, con instalación de “GaugeSafe” (Data Exchange Software)
para intercambio y almacenaje de datos entre banca de tracción y PC;
- Calibrador, precisión 0.05mm;
- Flexo metro, 3m;
- Granete, ∅10 × 80.
1.6 METODOLOGÍA PROCEDIMENTAL
Para la ejecución experimental del ensayo de tracción deberá seguirse el proceso siguiente:
1
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American Society for Testing and Materials (Sociedad Estadounidense para Ensayos y Materiales).
Deutsches Institut für Normung (Instituto Alemán de Normalización).
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1.6.1 Preparación del espécimen: Registro de Datos
o Verificar que la probeta de acero corresponda en forma y dimensiones a lo que se estipula en la Fig. 3.
o Dejar dos puntos marcados, con ayuda del granete, para definir la longitud calibrada 𝑙𝑙0
inmediatamente después de la transición radial.
o Efectuar el registro de medidas reales y actuales de la probeta: 𝑙𝑙0 y 𝑑𝑑0 .
1.6.2 Ejecución del ensayo: Registro de Datos
o En el equipo de ensayo de tracción:
- Verificar la longitud máxima disponible entre mordazas de sujeción.
- Distribuir la longitud de agarre para los extremos de probeta.
- Proceder a la sujeción firme de la probeta acoplada al extensómetro.
- Activar el monitor de visualización la computadora de registro.
- Configurar la comunicación entre registro de datos de la banca de tracción y el software instalado en la computadora.
- En el software, introducir los datos dimensionales de la probeta, configurar el registro de cargas (generalmente 5 por segundo es suficiente).
- Graduar la velocidad de avance del actuador hidráulico traccionante para movimiento lento (flujo hidráulico moderado).
- Iniciar la tracción de la probeta, el registro y gráfica del proceso tiene lugar automáticamente en función a la configuración previamente efectuada en “GaugeSafe”.
- Presenciar la estricción o encuellamiento para detectar la ductilidad o fragilidad del
material.
- Una vez alcanzada la fractura de la pieza, transferir la información desde el indicador
“Gauge Buster 2” a la computadora, que recepcionará los datos para su almacenmiento.
- Posteriormente visualizar el comportamiento del esfuerzo versus deformación, como
también el esfuerzo (o carga, según se desee) en relación al tiempo transcurrido.
- Grabar la colección de datos: Carga, esfuerzo, deformación, 3 alargamiento, tiempo
transcurrido. así como la imagen de la(s) gráfica(s) resultante(s), en un dispositivo de
almacenamiento externo (Ej.: un pendrive) para su tratamiento posterior.
1.6.3 Trabajo de gabinete: Procesamiento de Datos
o Graficar los datos en planilla electrónica (Ej.: Excel) para obtener las curvas tensióndeformación, o en su defecto, tensión-tiempo.
o A partir de la curva obtenida, determinar con aceptable precisión el valor de los esfuerzos correspondientes a resistencia a la tracción y límite superior de fluencia. Nótese
que en diagrama carga-tiempo o esfuerzo ingenieril-tiempo, la linealidad elástica no se
3
Tanto la deformación como el alargamiento, sólo son posibles de registrar por el equipo indicador “Gauge Buster 2”, si el extensómetro está configurado y acoplado para trabajar simultáneamente a la aplicación de carga.
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cumple como en el caso de contar con la deformación registrada; sin embargo, se mantiene la tendencia del comportamiento elasticidad-transición-plasticidad del material lo
que posibilitaría aún hallar las propiedades buscadas. Además, aún teniendo sólo la carga graficada se puede calcular la tensión o esfuerzo ingenieril según la Ec. (1).
o Para el grado de ductilidad o simplemente ductilidad: Juntar las dos piezas y medir la
nueva separación entre puntos marcados para calcular el porcentaje de deformación unitaria en base a la Ec. (2) como también a la indicación correspondiente de la Fig. 1.
1.7 RESULTADOS
Luego de seguir la secuencia procedimental y posterior procesamiento de datos será posible obtener la siguiente información sobre la pieza ensayada:
Tabla 1 Resultados obtenidos del Ensayo de Tracción
Material
ensayado
Designación
Diámetro
inicial,
d0 (mm)
Longitud
calibrada,
l0 (mm)
Resistencia a la
Tracción (MPa)
Límite de
Fluencia (MPa)
Grado de Ductilidad (%)
1.7.1 Interpretación y Discusión de Resultados
Aquí se pide analizar la validez de los valores encontrados, la correspondencia con la realidad y lo teórico, así como observaciones e inquietudes personales que expliquen los resultados alcanzados.
Es importante que cualquier discusión o aporte personal se apoye en fundamentos científicos expuestos en el marco teórico u otras referencias que el estudiante conozca, y de ser el
caso debe referenciarla en la sección Referencias Bibliográficas.
1.8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En esta sección será necesario valorar la correspondencia entre el procedimiento recomendado, la disponibilidad de medios, el logro de objetivos, limitaciones e imprevistos que han
tenido lugar, así como sugerencias para futuras prácticas o innovaciones en el proceso.
Mencionar si el alcance que ha tenido la realización del presente Laboratorio a aportado en dar respuesta a los cuestionamientos inicialmente planteados Sección 1.2.
1.9 CUESTIONARIO
Es importante responder a las siguientes preguntas una vez realizada y ejecutada la experiencia:
1) ¿En qué casos se hace referencia propiamente a esfuerzo de cedencia y en qué otros, a
límite de fluencia?
2) ¿Cómo se identifica por simple inspección si un material es dúctil o frágil?
3) ¿A qué se refiere el esfuerzo último del material?
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4) ¿Qué se precisa para determinar, a partir del ensayo realizado: El módulo de elasticidad,
de resiliencia y de tenacidad a la tracción?
1.10 DIRECTRICES GENERALES PARA LA PRESENTACIÓN DEL INFORME DE LABORATORIO
Se valorará en la calificación del informe los siguientes aspectos de forma y contenido:

Formato:
 Tamaño de hoja: A4.
 Carátula: Universidad, facultad, carrera, título (Nº de Informe de Laboratorio),
nombre del Laboratorio, nómina de integrantes (1 a 4), docente, lugar y fecha.
 Hoja de Resumen: Síntesis breve del trabajo realizado. Resaltando objetivos,
métodos, resultados, discusiones y conclusiones.
 Estructura del Informe: Utilizar la que se sugiere en la presente Guía (Introducción, Objetivo, etc.). Cada sección numerada, del mismo modo las páginas.

Contenido:
 Ampliación y complementación del marco teórico. Referenciar fuentes consultadas.
 Detalle del procedimiento seguido: Explicaciones ampliadas y personalizadas, fotografías, imágenes u otros.
 Análisis y discusión de resultados obtenidos.
 Cuestionario respondido con fundamento científico y criterio, aceptables.

Varios:
 Es requisito para la presentación del informe: Haber asistido y participado en la
ejecución del Laboratorio.
 La ampliación del marco teórico, así como del procedimiento efectuado, debe ser
original: Mostrar capacidad de resumen y síntesis, presentar lo que sea estrictamente necesario, respeto a la propiedad intelectual referenciando las fuentes consultadas.
 Advertencia: Hacer uso desenfrenado del fenómeno copiar/pegar (copy/paste) le
resta gran valor al trabajo realizado.
1.11 REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
James F. SHACKELFORD, Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros, 6ta
Ed., Pearson, México, 2007.
William F. SMITH, Javad HASHEMI, Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales, 4ta Ed., McGraw-Hill, México, 2006.
Hermann JÜTZ, Eduard SCHARKUS, Rolf LOBERT, Prontuario de Metales, 3ra Ed., Reverté, España, 1984.