Ensayo de tracción: propiedades mecánicas de materiales

Práctica 3- Ensayo a Tracción Ensayo de
Materiales

1. INTRODUCCIÓN
El ensayo a tracción es la forma básica de obtener información sobre el
comportamiento mecánico de los materiales. Mediante una maquina de ensayos se
deforma una muestra o probeta del material a estudiar, aplicando la fuerza
uniaxialmente en el sentido del eje de la muestra. A medida que se va deformando
la muestra, se va registrando la fuerza (carga), llegando generalmente hasta la
fractura de la pieza. Así pues, el resultado inmediato es una curva de carga frente a
alargamiento, que transformados en tensión y deformación, en función de la
geometría de la probeta ensayada, aportan una información más general.

Esta práctica tiene el objetivo inmediato de ilustrar, mediante la
experiencia, las propiedades mecánicas de los materiales que se derivan a partir
de un ensayo a tracción. Con esta práctica se desea también que se consigan los
siguientes propósitos:

Familiarizarse con el proceso de obtención de las propiedades
mecánicas de metales ferrosos y no ferrosos, empleando el ensayo
de tracción.
Conocer como se fijan las condiciones de ensayo, como se realiza el
ensayo y que información se puede extraer a partir de los datos
registrados y como.
Utilizar una maquina de ensayos mecánicos y tener una visión de su
versatilidad y posibilidades para caracterizar mecánicamente los
materiales.

Para ello se trabajará con el equipo de ensayos mecánicos Microtest EM1-50
ubicada en el laboratorio de materiales, con 50kN de capacidad máxima de carga,
como la mostrada en la imagen. Los ensayos a tracción se realizaran en probetas
con forma de prisma rectangular y otras con geometría estandarizada.

Extremo
Extremo
fijo
fijo
Centro Centro
Extremo Extremo
móvil
móvil

Ilustración 1. Equipo de ensayo Microtest EM1-50. Geometría de las probetas.

Jaime Martínez Verdú Máster TIT 2

Materiales

2. FUNDAMENTO TEÓRICO
Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectúan
ensayos para medir su comportamiento en distintas situaciones. Uno de los ensayos
destructivos más importante es el ensayo de tracción, en donde se coloca una
probeta en una máquina de ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otra
móvil y se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la
mordaza móvil.

La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil
a una velocidad constante. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega
una señal que representa la carga aplicada, las máquinas poseen un software que
dibuja los resultados gráficos en un eje el desplazamiento y en el otro eje la carga
leída. La Ilustración 2 muestra el gráfico obtenido en una máquina de ensayo de
tracción para un acero.

Ilustración 2. Posible curva Fuerza-Deformación de un acero.

Las curvas tienen una primera parte lineal llamada zona elástica, en donde la
probeta se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la probeta
regresa a su longitud inicial. Se tiene entonces que en la zona elástica se cumple:

donde representa el valor de la fuerza aplicada, hace referencia a la
constante del resorte, longitud bajo carga e inicial son respectivamente y .

Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material alcanza el punto de
fluencia, desde donde el material comienza a sufrir una deformación permanente. A
partir de este punto, si se elimina la carga, la probeta resultaría más larga que al
principio. Deja de ser válida nuestra fórmula y generalmente se dice
que ha comenzado la zona plástica del ensayo de tracción. El valor límite entre la
zona elástica y la zona plástica se denomina punto de fluencia y a la fuerza que lo
produjo la designaremos como .


Materiales
Luego de la fluencia sigue una parte inestable, que depende de cada acero,
para llegar a un máximo en . Entre y la probeta se alarga en
forma permanente y repartida a lo largo de toda su longitud. En la probeta
muestra su punto débil, concentrando la deformación en una zona en la cual se
forma un cuello. La deformación se concentra en la zona del cuello, provocando
que la carga deje de aumentar. Al adelgazar la probeta, la carga queda aplicada en
menor área, provocando la ruptura. La Ilustración 3 muestra la forma de la probeta
al inicio, al momento de llegar a la carga máxima y luego de la ruptura.

Ilustración 3. Simulación de una probeta sometida a fuerzas de tracción.

Para expresar la resistencia en términos independientes del tamaño de la
probeta, se dividen las cargas por la sección transversal inicial , obteniéndose:

Resistencia o Tensión de fluencia:

Resistencia o Tensión de tracción:

A partir de los valores obtenidos en el gráfico Fuerza-Desplazamiento, se
puede obtener la curva Esfuerzo-Deformación - . El esfuerzo , que tiene
unidades de fuerza partido por área, ha sido definido anteriormente, y a
continuación se definirá la deformación unidimensional:

En la Ilustración 4 se presenta un ejemplo del gráfico Esfuerzo-Deformación
de un acero.


Materiales

Ilustración 4. Posible curva Esfuerzo-Deformación de un acero.

Como puede observarse en la gráfica, en la zona elástica se cumple la
siguiente relación matemática:

donde el valor E es el módulo de Young.

Ilustración 5. Efecto de carga y descarga en un ensayo de tracción.

Durante el ensayo de tracción, si se descarga la probeta, luego de alcanzar
la zona plástica, pero antes de producirse la ruptura, la curva Esfuerzo-Deformación
cambia de forma. La longitud de la probeta tiende a recuperarse, pero no alcanza la
longitud inicial, quedando con una longitud resultante mayor, que se denomina
deformación permanente. A nivel gráfico, la curva se devuelve con la pendiente de
la zona elástica (Ilustración 5).

Finalmente, si la curva - del material no presenta claramente dónde
termina la zona elástica y comienza la zona plástica, se define como punto de
fluencia al correspondiente a una deformación permanente del 0,2%.


Materiales
En general la curva tensión-deformación así obtenida presenta los puntos
característicos siguientes:

1. Límite de proporcionalidad: El primer tramo del ensayo existe una
relación lineal entre la tensión aplicada y la deformación producida. Este
coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se
denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del
material, así, en general los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad
aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. En esta zona se
cumple la Ley de Hooke descrita anteriormente.
Tensión (σ) = Módulo de Young (E) x Deformación unitaria (ε).
2. Límite elástico: Hasta este punto, las deformaciones se reparten a lo
largo de la probeta y son de pequeña magnitud y si se retirara la carga
aplicada la probeta recuperaría su forma inicial. A partir del punto de
fluencia, el material entra en la zona de deformación plástica, de forma
que si se retira la carga aplicada en dicha zona la probeta recupera sólo
parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las
deformaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica.
3. Límite de fluencia. A partir de este punto aparece una deformación
brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. El fenómeno de
fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación
bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su movimiento,
mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Una
vez alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones
produciéndose la deformación bruscamente. No todos los materiales
presentan este fenómeno en cuyo caso la transición entre la deformación
elástica y plástica del material no se aprecia de forma clara.
4. Punto de máxima tensión. Es el punto máximo de la gráfica - , es
decir, la máxima tensión que es capaz de soportar el material. A partir de
este punto, las deformaciones se concentran en la parte central de la
probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta,
denominada zona de estricción.
5. Tensión de rotura: En la zona de estricción, continuarán acumulándose
las deformaciones hasta la rotura de la probeta por esa zona. La estricción
es la responsable del descenso de la curva - ; realmente las tensiones
no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el
cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la sección inicial y cuando
se produce la estricción la sección disminuye, efecto que no se tiene en
cuenta en la representación gráfica. Los materiales frágiles no sufren
estricción ni deformaciones plásticas significativas rompiéndose la
probeta de forma brusca.


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

El Módulo de elasticidad o Módulo de Young (E) que cuantifica la
proporcionalidad.
El Coeficiente de Poisson (μ) que cuantifica la razón entre el
alargamiento longitudinal y el acortamiento de las longitudes
transversales a la dirección de la fuerza.
El Límite de proporcionalidad es el valor de la tensión por debajo
de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada.
El Límite elástico es el valor de la tensión que soporta la probeta en
el momento de producirse la deformación plástica. En general se
toma como valor práctico el valor de la tensión a la que se produce
un alargamiento prefijado de antemano (0,2 %, 0,1 %,…) en función
del extensómetro empleado.
La Tensión de rotura o resistencia a la tracción es la carga
resistida por la probeta cuando es dividida por la sección inicial de la
probeta.
El Alargamiento de rotura es el incremento de longitud que ha
sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está
normalizada y se expresa en tanto por ciento.
La Estricción es la reducción de la sección que se produce en la zona
de la rotura.

Ilustración 6. Ejemplo de obtención de características mecánicas de un acero.


Materiales

3. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE ENSAYO
Para llevar a cabo los ensayos de tracción (tensión-deformación) propuestos
en esta práctica, se utilizará un dispositivo de ensayo estático conectado, mediante
bus de datos, a una computadora externa.

Recordemos que esta máquina de ensayo está siendo comercializada por la
empresa MicroTest y pertenece a la gama EM1-50 y viene equipada para ensayos
de tracción de metales (mordazas neumáticas MN-150) y sistema de control y
medida por ordenador SCM3000.

Las máquinas de ensayo EM1-50 cubren una amplia gama de rangos de
carga para aquellos ensayos de tipo estático o cuasiestático (aquellos que se
ejecutan lentamente). Además, se pueden emplear para todo tipo de materiales:
metales, plásticos, textiles, cauchos,... En concreto, el equipo empleado en esta
práctica es capaz de generar fuerzas de hasta 50 kN.

De forma general y resumida, los componentes que forman parte del equipo
de ensayo disponible en el laboratorio de materiales vienen enumerados y
descritos a continuación:

¾ BANCADA: Aloja en su interior un actuador electromecánico,
compuesto generalmente por: motor, reductor, polea de
transmisión, husillo a bolas y tuerca. Sobre la bancada se sustenta
el marco de ensayos.

¾ MARCO DE ENSAYOS: Se trata de un marco de carga de alta
rigidez con dos columnas en acero y una plataforma base inferior
sobre la bancada (alojando el conjunto tuerca-husillo a bolas
transmisor del esfuerzo). Las dos columnas sirven además de guías
laterales para el desplazamiento del puente móvil y el
posicionamiento del puente superior. El puente fijo superior
(posicionable en altura a lo largo de las columnas) lleva
incorporada una célula de carga. El puente móvil va unido a la
cabeza del husillo, de forma que es accionado y guiado por el
mismo a lo largo de las columnas-guía.

¾ ACTUADOR: El sistema de carga de la máquina funciona
mediante un husillo a bolas de aplicación universal (de doble
efecto: tracción/compresión). El accionamiento se controla a
través de un motor de corriente continua, que proporciona el par
adecuado a través de un sistema de reducción.

¾ CONTROL, MEDIDA Y REGISTRO DE DATOS: El control y
medida de los ensayos se efectúa con ordenador. El equipo
disponible en el laboratorio emplea el sistema de control y
medida SCM3000 de Microtest: Control y lectura de fuerza,
recorrido, deformación,...


Materiales

3.1 Descripción del equipo I: Hardware
En este sistema, la carga es aplicada mediante un sistema de husillo
actuador centrado en el marco de ensayos de la máquina, que junto a las columnas
de la máquina, proporcionan una alta rigidez al conjunto.

El puente inferior móvil es accionado por el husillo a bolas y guiado en su
movimiento por las columnas laterales. Efectivamente, el recorrido del puente
viene prefijado por el recorrido del husillo.

Ilustración 7. Esquema de un equipo de ensayo Microtest EM1-50.

El husillo se caracteriza por ser un elemento de doble efecto y porque su
movimiento se consigue mediante un motor de corriente continua, incorporando un
encoder óptico para la medida de la posición.

La transmisión se efectúa al husillo a través de la tuerca (que aloja los
rodamientos) y por medio de un sistema de poleas que transmite la potencia al
husillo desde la salida del conjunto motor-reductor.


Materiales
A diferencia de los sistemas de tipo hidráulico, el sistema electromecánico
se caracteriza principalmente por:

¾ Tener una alta estabilidad (fundamental a velocidades de carga
lentas o en ensayos de larga duración).
¾ Ser capaz de mantener la carga en sus valores especificados
durante intervalos suficientemente largos, con error menor del 0,5%
de la carga aplicada.

Los sistemas electromecánicos con medida de fuerza incorporan un
transductor de fuerza, o célula de carga, que proporciona una medida de la carga
más precisa que los captadores de presión empleados en los sistemas hidráulicos,
cuya medida está afectada, por ejemplo, por la temperatura del aceite.

La velocidad de ensayo en control por recorrido se gobierna de forma
digital, mediante un codificador óptico incremental situado en el eje del motor, con
lo que se regula con muy alta precisión el movimiento del mismo, al multiplicar por
la relación de reducción completa del sistema.

3.2 Descripción del equipo II: Software
El programa SCM3000, es un sistema diseñado para la ejecución automática
de ensayos sobre las máquinas de Microtest. Este software privado dispone de un
entorno gráfico en Windows donde el usuario puede, entre otras características:

Control directo de todas las funciones de la maquina desde el PC.
Realizar adquisiciones de datos.
Crear y ejecutar procesos automáticos de ensayos.
Personalizar los resultados de los ensayos.
Configurar el informe de resultados suministrado por el sistema.
Incorporar niveles de acceso por usuarios, a las distintas partes de la
aplicación.

Ilustración 8. Imágenes del software SCM3000.


Materiales

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Durante el ensayo se miden elongación de la probeta y carga aplicada:

Con esos datos se calculan tensiones y deformaciones se traza la
curva correspondiente.
De la curva se obtienen el módulo elástico, la tensión de fluencia, la
tensión máxima y la deformación a fractura (como una medida de la
ductilidad).
Después de la fractura, la longitud final y la sección se usan para
calcular elongación porcentual y reducción de área porcentual, que
indican ductilidad del material.

En resumen, se podría decir que las instrucciones a seguir para la
realización de los ensayos de tracción de la práctica son las siguientes:

Verificación de las unidades.
Verificación de la carga máxima admitida.
Control de la tasa de desplazamiento de la celda y la del actuador.
Colocación del desplazamiento preestablecido (valor, forma de onda
y velocidad).
Colocación en las ventanas de configuración las variables a controlar
visualmente.
Obtener la ventana de gráficos (desde ese momento comienza a
registrar).
Empezar el ensayo con el botón start
Concluir el ensayo (después de ruptura) con stop. Si no se llega a
ruptura con los valores previstos, se deberá repetir cambiando los
valores.
Grabar el archivo de datos.

4.1 Preparación del ensayo
Antes de comenzar el ensayo es necesario que la máquina se encuentre en
la posición 1 (posición de puesta en marcha).

Mordazas

Parada de
emergencia En servicio
(verde)

Movimiento manual Puesta
de las mordazas en marcha

Ilustración 9. Esquema del dispositivo en la posición 1.


Materiales
Posteriormente se procederá a encender el ordenador y pinchar en el icono
adecuado para acceder al programa SCM3000, que es el sistema diseñado para la
ejecución automática de ensayos. La pantalla aparecerá dividida en 5 paneles tal y
como se muestra en la ilustración siguiente.

Posición

Control motor y Tipo de
Paneles
movimiento control

Ilustración 10. Distribución de bloques del software SCM3000.

En el panel Tipo de control seleccionamos Manual. En el panel denominado
Paneles seleccionamos General. Al activar este control podemos configurar
algunos parámetros:

En Configuración movimiento podemos seleccionar cómo queremos que
se mueva la mordaza superior:
¾ Movimiento de la mordaza hacia arriba.
¾ Movimiento de la mordaza hacia abajo.
En Variable de Control seleccionamos Posición.

Colocamos la muestra en las mordazas. Las mordazas se pueden mover
manualmente utilizando el botón o bien automáticamente seleccionando el
movimiento de las mordazas en configuración de movimiento.

Una vez colocada la muestra debemos asegurarnos que el movimiento de la
mordaza es hacia arriba. Si el último movimiento fue hacia abajo debemos
cambiarlo en configuración de movimiento.

En sensibilidad de ruptura será posible seleccionar la sensibilidad en tantos
por ciento (%) respecto a la variable fuerza en cada momento. Es decir, si la fuerza
“cae” más allá de un % prefijado del valor actual, se detectará rotura y la máquina
se parará. (Posición habitual 50%)

En la parte inferior izquierda se encuentra el panel con el control del motor
y movimiento. Siempre que se desee que la máquina funcione tendremos que
accionar el botón Motor.

En la parte superior derecha hay un panel que informa sobre la Posición de
las mordazas y la Fuerza. En la opción Fuerza se debe pulsar el botón cero para
poner el valor de la fuerza a cero. La Posición refleja la distancia entre el
transductor y la base, y dependerá del tamaño de la probeta que vamos a romper.


Materiales

4.2 Inicio del ensayo
En tipo de control se debe pulsar control manual. En el Panel de
adquisición aparecerá el nombre del ensayo de manera automática, pudiendo
cambiarlo escribiendo en el recuadro habilitado para ello. Se selecciona
Autoescala y Activar Adquisición. Posteriormente procedemos con la siguiente
secuencia:

Activar motor
Iniciar
Marcha

En la pantalla podemos observar cómo va variando la fuerza y la posición y
también se va dibujando la curva Tensión-Deformación. Cuando se rompa la
probeta se debe detener la adquisición y parar el motor.

En el panel superior izquierdo nos aparecerá el gráfico del ensayo
realizado. Pulsando el botón Cursores se pueden observar los datos relevantes del
gráfico.

Para el análisis y tratamiento de los datos, salir del panel de control y
pinchar en el icono Tratamiento de Datos.

Ilustración 11. Pantalla del software SM3000.


Materiales

4.3 Preparación y Elaboración de Datos
Una vez se han obtenido los datos procedentes de la plataforma informática
SCM3000 es necesario realizar una conversión de tipología de datos.

Del formato de datos tal y como los entrega el software, ha de realizarse una
reconstrucción orientada a un documento basado en el programa Excel de la
compañía Microsoft adecuado para el tratamiento de hojas de cálculo.

A continuación, se procederá a enumerar los pasos para pasarlos a una hoja
de cálculo:

FASE 1:CONVERSIÓN.

En el menú Archivo – Abrir – Todos los archivos (*.*) – seleccionar…

Posteriormente se selecciona el fichero donde están disponibles los
datos del ensayo.

Se abre el Asistente para importar texto donde hemos de hacer lo
siguiente:

¾ Paso 1 de 3: Se selecciona:

- Delimitados.
- Comenzar a importar en fila 1.
- origen del archivo Windows ANSI.
- Siguiente.

¾ Paso 2 de 3:

- Separadores punto y coma.
- Calificador de texto “.
- Siguiente.

¾ Paso 3 de 3:

- Formato de datos general.
- Finalizar.

FASE 2: ARREGLO DE GRÁFICAS.

¾ Paso 1 de 3: Se eliminan las filas iniciales donde los valores de
fuerzas son negativos.

¾ Paso 2 de 3: Se eliminan las filas finales donde se produce la
caída súbita de la carga.

¾ Paso 3 de 3: Se trazan las rectas de ayuda para obtener la
información procedente de las gráficas.


Materiales

5. Resultados experimentales
Antes de comenzar con la toma de datos de cada experimento o ensayo ha
de procederse a dimensionar la probeta. Para medir las dimensiones de cada
probeta se procede a utilizar un calibre o pie de rey mediante el cual se mide el
largo, ancho y espesor de la probeta. Posteriormente, se procede a dibujar unas
marcas sobre una de las caras de la probeta de modo que éstas queden a 1 cm una
de otra.

Una vez tomados los datos necesarios y dibujadas las líneas, se procederá a
colocar la probeta entre las mordazas. En el caso de que las mordazas no queden
coplanarias, será necesario emplear una pequeña precarga del sistema . Una vez
insertada y colocada la probeta entre las mordazas del dispositivo de ensayo se
procederá a medir la distancia entre mordazas de modo que podamos medir la
longitud L0 (la medida de L0 se tomará después haber realizado la precarga, en
caso de ser necesario).

En todos los experimentos se seleccionará una velocidad 100 N/s y un fin de
carga 50 kN. Posteriormente, se referencia el sistema a cero y se pone a memo.
Respecto a la sensibilidad a la rotura, podemos decir que el dispositivo es
extremadamente sensible, es decir, ante cualquier tipo de variación grande
detectará una rotura y dejará de funcionar. Otro extremo es aquel en el que el
sistema está mal condicionado también por lo que se puede romper la pieza y la
máquina continua con el proceso.


Materiales

5.1 ACERO
Una vez llevado a cabo la medición de las dimensiones de la probeta se
obtuvo como resultado:

200 mm de largo,

20,9 mm de ancho,

1,6 mm de espesor

y 131,5 mm de la longitud entre mordazas.

Algunos de los resultados que pudieron obtenerse de las marcas realizadas
en la probeta son:

Elongación en mm de la probeta: 49,5 mm.

= ((131,5 + 49,5) - 131,5)/131,5 Æ 37,64% (que es menor).

Se eligen N marcas para un sentido y otro, y se mide la distancia. Se
mide la diferencia entre una marca hacia arriba y hacia abajo:

o Lo que debía medir 3 cm, una vez llevado a cabo el ensayo
mide 4,8 cm: (3 marcas) = (48-30)/30 Æ 60,00 %.

mide 7,3 cm: (5 marcas) = (73-50)/50 Æ 46,00 %.

Tal y como puede observarse en los cálculos anteriores, en la zona de rotura
aparecen valores de elongación mayores que los que existen en el total de la
probeta (de un 60 % en la zona centra alcanzamos un 36 % para la probeta
completa). Este fenómeno es debido a que la elongación no es homogénea en la
probeta de acero.

A continuación, se enumeran los parámetros o propiedades mecánicas que
se pueden obtener del ensayo de tracción para la probeta de acero:

Módulo de Young (E): 218,9 GPa

Tensión de fluencia al 0,2% ( 0,2%): 203 MPa

Tensión máxima( uts): 313 MPa

Tensión de rotura( rot): 240 MPa


Materiales

Fuerza Deformación Posición Tiempo Fuerza Elongación Esfuerzo
2
(kN) (mm) (mm) (s) (N) (%) (N/mm )
-0,001532078 0,1162755 0 0,0 -2 0,01% 0
-0,001532078 0,1162755 0 0,1 -2 0,01% 0
-0,001532078 0,1165044 0 0,2 -2 0,01% 0
-0,004596233 0,1165044 0 0,3 -5 0,01% 0
-0,001532078 0,1162755 0 0,4 -2 0,01% 0
-0,001532078 0,1162755 0 0,5 -2 0,01% 0
0,000000000 0,1162755 0 0,6 0 0,01% 0
0,004595995 0,1162755 0 0,7 5 0,01% 0
0,010724070 0,1165044 0 0,8 11 0,01% 0
0,021448370 0,1162755 0 0,9 21 0,01% 1
0,033704520 0,1162755 0 1,0 34 0,01% 1
0,044428830 0,1162755 0 1,1 44 0,01% 1
0,055152890 0,1162755 0 1,2 55 0,01% 2
0,065877200 0,1162755 0 1,3 66 0,01% 2
0,078133340 0,1162755 0 1,4 78 0,01% 2
0,088857650 0,1162755 0 1,5 89 0,02% 3
… … … … … … …
Tabla 1. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de acero.

350

uts = 313

300

250
250

rot = 240

200
0.2% = 203,32
200
(MPa)

E = 21894 MPa
150 y = 21894x - 70,7
Tensión

150

100

50
100

0
0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00%
50

0
0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00% 35,00% 40,00%

Elongación (%)

Ilustración 12. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de acero.


Materiales

5.2 LATÓN

200 mm de largo,

20,2 mm de ancho,

1,9 mm de espesor

y 132 mm de la longitud entre mordazas.

Algunos de los resultados que pudieron obtenerse en la probeta son:

Elongación en mm de la probeta: 82,4 mm.

= ((132 + 82,4) - 132)/132 Æ 62,42 % (que es menor).

= (194 - 132)/132 Æ 46,97 % (midiendo las marcas realizadas).

= (210 - 132)/132 Æ 59,09 % (midiendo entre las marcas realizadas
por Matías, línea donde terminaban las mordazas).

Se eligen N marcas para un sentido y otro, y se mide la distancia. Se
mide la diferencia entre una marca hacia arriba y hacia abajo:

mide 4,5 cm: (3 marcas) = (45-30)/30 Æ 50,00 %.

mide 7,5 cm: (5 marcas) = (75-50)/50 Æ 50,00 %.

Se puede observar en los valores resultantes una cierta similitud en todos
ellos. Esto último es debido a que el latón no tiene por qué romper por el centro
pues la sección disminuye de igual modo a lo largo de toda la longitud por lo que
puede romper por cualquier sitio. En el acero rompía por el centro porque estiraba
más por el centro, tenía mayor estricción en el centro. Respecto a la marca
realizada por Matías, tampoco tiene mucho sentido porque la muesca de los dientes
de la mordaza no tenía por qué haber aparecido pues ello es debido a que las
mordazas no han apretado lo suficiente. Las marcas en ellas han ayudado a ver si
las mordazas se han apretado lo suficiente. A continuación, se enumeran los
parámetros o propiedades mecánicas que se pueden obtener del ensayo de
tracción para la probeta de latón:






Materiales

2
(kN) (mm) (mm) (s) (N) (%) (N/mm )
-0,022980450 0,1165044 0 0,1 -23 -0,11% -1
-0,024512290 0,1162755 0 0,2 -25 -0,11% -1
-0,022980450 0,1162755 0 0,3 -23 -0,11% -1
-0,022980450 0,1162755 0 0,4 -23 -0,11% -1
-0,019916300 0,1162755 0 0,5 -20 -0,11% -1
-0,018384220 0,1165044 0 0,6 -18 -0,11% -1
-0,015320300 0,1162755 0 0,7 -15 -0,11% 0
-0,013788220 0,1162755 0 0,8 -14 -0,10% 0
-0,013788220 0,1162755 0 0,9 -14 -0,10% 0
-0,013788220 0,1162755 0 1,0 -14 -0,10% 0
-0,013788220 0,1162755 0 1,1 -14 -0,10% 0
-0,015320300 0,1162755 0 1,2 -15 -0,10% 0
-0,013788220 0,1165044 0 1,3 -14 -0,09% 0
-0,013788220 0,1165044 0 1,4 -14 -0,09% 0
-0,012256150 0,1165044 0 1,5 -12 -0,09% 0
0,088857650 0,1162755 0 1,5 89 0,02% 3
… … … … … … …
Tabla 2. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de latón.

350

uts = 310

300
rot = 301

250

160
0.2% =
200 140 131,90

120
(MPa)

E = 15183 MPa
100 y = 15183x - 52,488
150
Tensión

80

60

100
40

20

50 0
-0,50% 0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00%

0
-10,00% 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00%

-50
Elongación (%)

Ilustración 13. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de latón.


Materiales

5.3 ALUMINIO

200 mm de largo,

22,15 mm de ancho,

1,5 mm de espesor

y 132 mm de la longitud entre mordazas.

Algunos de los resultados que pudieron obtenerse en la probeta son:

Elongación en mm de la probeta: 50 mm.

= ((132 + 50) - 132)/132 Æ 37,88 % (que es menor).

= (204 - 132)/132 Æ 54,55 % (midiendo las marcas realizadas).

A continuación, se enumeran los parámetros o propiedades mecánicas que
se pueden obtener del ensayo de tracción para la probeta de aluminio:






Materiales

2
(kN) (mm) (mm) (s) (N) (%) (N/mm )
0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0
0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0
0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0
0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0
0,001532078 0,1165044 0 0,0 2 -0,01% 0
0,003064156 0,1165044 0 0,1 3 -0,01% 0
0,006128073 0,1165044 0 0,2 6 -0,01% 0
0,006128073 0,1167333 0 0,3 6 -0,01% 0
0,004595995 0,1167333 0 0,4 5 -0,01% 0
0,004595995 0,1165044 0 0,5 5 -0,01% 0
0,004595995 0,1165044 0 0,6 5 -0,01% 0
0,006128073 0,1165044 0 0,7 6 0,00% 0
0,007660151 0,1165044 0 0,8 8 0,00% 0
0,009192228 0,1165044 0 0,9 9 0,00% 0
0,009192228 0,1165044 0 1,0 9 0,00% 0
0,010724310 0,1165044 0 1,1 11 0,01% 0
… … … … … … …
Tabla 3. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de aluminio.

100

90
uts = 86

rot = 85

80

70 60

0.2% = 44
50
60
(MPa)

40
E = 6462,6 MPa
50 y = 6462,6x - 9,1251
Tensión

30

40

20

30
10

20 0
-0,20% 0,00% 0,20% 0,40% 0,60% 0,80% 1,00% 1,20% 1,40% 1,60% 1,80%

10

0
-5,00% 0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00% 35,00% 40,00% 45,00%

Elongación (%)

Ilustración 14. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de Al.


Materiales

5.4 CAUCHO
L0 ES DE 30 MM, es tal el cambio de la sección que, aunque no cojamos con
las mordazas de la zona del cambio de radio, no le pasará nada.

500

450

400

350

300
(MPa)

250
ón
Tensión

200

150

100

50

uts = 2

0
0,00% 100,00% 200,00% 300,00% 400,00% 500,00% 600,00%

Elongación (%)

Ilustración 15. Gráfica - obtenida del ensayo de la probeta de caucho.

5.5 RESINA
500

400

300
(MPa)

200
Tensión
ón

100

0
-20,00% 0,00% 20,00% 40,00% 60,00% 80,00% 100,00% 120,00% 140,00%

-100
Elongación (%)

Ilustración 16. Gráfica - obtenida del ensayo de la probeta de resina.


Materiales

6. BIBLIOGRAFÍA
1. Datsko, Joseph. "Materials Properties and Manufacturing Processes". John
Wiley.
2. Blanco, Oswaldo. Procesos de Fabricación. Conceptos Básicos.
3. Kalpakjian, Serope y Schmid, Steven. “Manufactura, Ingeniería y
Tecnología”. Prentice Hall. 2002.
4. Dieter, E. "Metalurgia Mecánica". Mc Graw-Hill.
5. Rowe, Geoffrey. "Principles of Industrial Metalworking Processes". Edward
Arnold.


Materiales

Tabla de contenidos
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 2
2. FUNDAMENTO TEÓRICO .................................................................................. 3
3. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE ENSAYO .......................................................... 8
3.1 Descripción del equipo I: Hardware ................................................ 9
3.2 Descripción del equipo II: Software ............................................... 10
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ................................................................. 11
4.1 Preparación del ensayo.................................................................. 11
4.2 Inicio del ensayo ............................................................................ 13
4.3 Preparación y Elaboración de Datos .............................................. 14
5. Resultados experimentales ............................................................................. 15
5.1 ACERO........................................................................................... 16
5.2 LATÓN ........................................................................................... 18
5.3 ALUMINIO ...................................................................................... 20
5.4 CAUCHO........................................................................................ 22
5.5 RESINA........................................................................................... 22
6. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 23
Tabla de contenidos............................................................................................... 24
Tabla de ilustraciones ............................................................................................ 25
Tabla de tablas ...................................................................................................... 25


Materiales

Tabla de ilustraciones
Ilustración 1. Equipo de ensayo Microtest EM1-50. Geometría de las probetas........ 2
Ilustración 2. Posible curva Fuerza-Deformación de un acero. ................................. 3
Ilustración 3. Simulación de una probeta sometida a fuerzas de tracción. ................ 4
Ilustración 4. Posible curva Esfuerzo-Deformación de un acero. .............................. 5
Ilustración 5. Efecto de carga y descarga en un ensayo de tracción. ........................ 5
Ilustración 6. Ejemplo de obtención de características mecánicas de un acero. ....... 7
Ilustración 7. Esquema de un equipo de ensayo Microtest EM1-50. ......................... 9
Ilustración 8. Imágenes del software SCM3000. ..................................................... 10
Ilustración 9. Esquema del dispositivo en la posición 1. ......................................... 11
Ilustración 10. Distribución de bloques del software SCM3000. ............................. 12
Ilustración 11. Pantalla del software SM3000. ......................................................... 13
Ilustración 12. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de acero. 17
Ilustración 13. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de latón. . 19
Ilustración 14. Gráfica - obtenida del ensayo a tracción de la probeta de Al....... 21
Ilustración 15. Gráfica - obtenida del ensayo de la probeta de caucho. .............. 22
Ilustración 16. Gráfica - obtenida del ensayo de la probeta de resina. ............... 22

Tabla de tablas
Tabla 1. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de acero. ........... 17
Tabla 2. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de latón. ............ 19
Tabla 3. Tabla de resultados del ensayo a tracción de la probeta de aluminio. ...... 21


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