Ensayo de tracción

Materiales Prácticas de laboratorio

PRACTICA 3:
ENSAYO DE TRACCIÓN

David Bueno Sáenz
Grado ingeniería mecánica
Grupo Laboratorio A-3

1


ENSAYO DE TRACCIÓN
OBJETIVO

Los objetivos de esta práctica consisten en:
• Realizar un ensayo de tracción para poder caracterizar las propiedades
mecánicas de un metal mediante su comportamiento tensión-deformación.
• Familiarizarse con el empleo de estas técnicas, la normativa existente para los
ensayos, las unidades de medida, los valores característicos, así como el empleo
de las gráficas tensión-deformación obtenidas en el ensayo.

MATERIAL

► Probeta de chapa de acero F1140 (C45; Acero no aleado con un 0,45% de
carbono sin impurezas) según la norma de caracterización del ensayo, de las
siguientes dimensiones:
L=100mm (Longitud de la zona de trabajo)
Lo=80mm (Longitud de la zona de trabajo con diámetro constante)
A=20mm (Anchura de la zona de trabajo)
S=40mm2 (Area)
l=10mm (distancia hasta la zona de trabajo)

► Probeta cilíndrica de acero F1140 (C45; Acero no aleado con un 0,45% de
carbono sin impurezas) según la norma de caracterización del ensayo, de las
siguientes dimensiones:
L=100mm (Longitud de la zona de trabajo)
Lo=72,23mm (Longitud de la zona de trabajo con diámetro constante)
Radio=5mm
A=20mm (Anchura de la zona de trabajo)
l=13mm (distancia hasta la zona de trabajo)

2


L=72,32mm (Longitud de la zona de trabajo)

Imagen 1: Probeta plana empleada

Imagen 2 Probeta cilíndrica empleada

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► Calibre
► Maquina universal de tracción compresión y flexión estática

Imagen 3: Maquina universal de tracción compresión y flexión estática

► Maquina universal de tracción compresión y flexión estática (con control
electrónico)

Imagen 4: Maquina universal de tracción compresión y flexión estática con
control electrónico

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FUNDAMENTO

Para conocer las propiedades mecánicas de algunos materiales como los metálicos y
determinar así las cargas que pueden soportar, se efectúan ensayos destructivos o no
destructivos para medir su comportamiento en distintas situaciones. Con estos ensayos
se pretenden obtener las curvas características de tensión-deformación como método de
caracterización de las propiedades mecánicas de los materiales.

El ensayo destructivo más importante es el ensayo de tracción, en el cual se somete
a una probeta metálica esfuerzos de tracción hasta su rotura, midiéndose en todo
momento la carga aplicada y obteniéndose los resultados en una curva tensión-
deformación.

Se recurre para ello a una máquina universal de ensayos donde se coloca una
probeta fijada entre 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 seleccionable. La
celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga
aplicada, las máquinas poseen un plotter que grafica la curva esfuerzo deformación.

Nuestro acero (F1140) tiene una composición del 0,45% de carbono lo que supone
por una sencilla regla de tres que su composición será de:

0,45
% PERLITA = • 100 = 50,56%
0,89
% FERRITA = 49,43%

Puesto q la perlita es el más dúctil y blando de los constituyentes de las aleaciones
hierro-Carbono, el alto índice que presenta este acero parece indicar que este poseerá
una buena tasa de alargamiento.

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El ensayo de tracción puede realizarse tanto en una probeta de sección circular como
en una probeta plana. Existe una normativa que especifica la metodología de ensayo
según se realiza de una u otra manera.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

1ª PARTE: ENSAYO CON PROBETA CILINDRICA

Se procedió a partir de las medidas tomadas de la probeta, según el procedimiento
de ensayo que marca la normativa correspondiente a dividir la zona de trabajo en diez
partes iguales, según las siguientes medidas:

L − L0 100 − 80
= = 10mm cuya medida comparamos con la tabla 4 de la página 24
2 2
de la normativa para concluir que se hace necesario dividir los 80 mm en 10 partes
iguales de 8mm cada una mediante un rotulador.

Marcada la probeta, se procedió a montarla en la máquina para el ensayo de tracción
y se procedió a realizar el ensayo.

Al final del ensayo, la maquina nos proporciona una gráfica de tensión-deformación
sobre una escala de cuadros sin graduar y el valor del esfuerzo máximo soportado en kp.

2ª PARTE: ENSAYO CON PROBETA PLANA

De igual forma, se procedió a partir de las medidas tomadas de la probeta, según el
procedimiento de ensayo que marca la normativa correspondiente a dividir la zona de
trabajo en diez partes iguales, según las siguientes medidas:

6


L−L 27,68
= = 13mm cuya medida comparamos con la tabla 4 de la página 24 de
2 2
la normativa para concluir que se hace necesario dividir los 80 mm en 10 partes iguales
de 7,23 mm cada una mediante un rotulador.

Marcada la probeta, se procedió a montarla en la máquina para el ensayo de tracción
y se procedió a realizar el ensayo.

Al final del ensayo, la maquina nos proporciona una gráfica de tensión-deformación
sobre una escala de cuadros sin graduar y el valor del esfuerzo máximo soportado en kp.

2ª PARTE: ENSAYO EN MAQUINA ELECTRÓNIA

Esta tercera parte de la práctica se realizó en una jornada distinta y no consecutiva
por la falta de disponibilidad de la maquinaria en aquel momento. Su objetivo y
fundamento es el mismo que en el ensayo en el que utilizamos la máquina universal,
pero la diferencia en este caso es la capacidad de regulación y obtención de datos de
manera electrónica de este equipo con lo que se pueden ajustar de mejor manera la
relación tiempo y esfuerzo aplicado y se obtienen unas curvas de tensión-deformación
muy precisas.

Para esta ocasión se recurrió también a una probeta cilíndrica F-115 pero esta vez
templada con enfriamiento en agua, con lo que se podrá observar también el efecto
sobre las propiedades mecánicas de un metal producido por el temple (incremento de la
dureza y resistencia así como un comportamiento má frágil)

Para ello se colocó la probeta entre las mordazas del equipo, ajustando su posición
de manera simétrica en ambas partes, y se procedió a aplicar la carga de tensión hasta la
rotura de probeta (de la misma forma que con la máquina universal pero ajustando todos
los parámetros digitalizadamente mediante la electrónica en lugar de mediante ajustes
mecánicos)

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RESULTADOS Y DETERMINACION DE LOS
PUNTOS SOBRE LA GRAFICA

Gráfica 1: Resultados de ensayo de tracción con ambas probetas en la máquina
universal de ensayo

1ª PARTE: ENSAYO CON PROBETA CILINDRICA

Imagen 5: Resultados de ensayo de tracción con la probeta cilíndrica

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Se obtuvieron las siguientes deformaciones:
Radio final: 4,3 mm
Con este valor procedemos a determinar el tanto por ciento de estricción para lo
cual:

S0 − S πr 2 − πr 2 0 π 52 − π 4,32 0
Z (%) = ⋅ 100 = ⋅ 100 = ⋅ 100 = 19%
S0 πr 2 π 52

Determinado este valor procedemos a determinar el % de alargamiento, pora lo cual
recurrimos al procedimiento de la descripción del ensayo (motivo por el cual se habían
realizado las divisiones en la probeta)
n es el número de marcas entra x e e incluido y=1 (se cuenta hacia el lado de mayor
longitud). En este caso N-n = 10 -1 = 9 con lo que se denomina como rotura impar y
entonces se determina el alargamiento como:

d xy + d xz ' + d yz ''
A(%) = ⋅ 100
L0
Siendo
Y: punto de estricción y ruptura.
N − n −1
Z´: Marca a ⋅ divisiones de y (a cuatro divisiones en nuestro caso)
2
N − n +1
Z´´: Marca a ⋅ divisiones de y (a cinco divisiones en nuestro caso)
2
Siendo n el número de marcas entra x e e incluido y=1
dxy: 1,70mm
dyz´:34,75mm
dyz´´:43,24mm

1,7 + 34,72 + 43,24 − 72,32
A(%) = ⋅ 100 = 10,15%
72,32

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Procedemos ahora a determinar la resistencia a la tracción a partir del esfuerzo
máximo soportado, mostrado por su valor en el punto F (obtenido en las gráficas
anteriormente expuestas de tensión deformación) y la sección:

Fmax 3300 ⋅ 9,8 N
Ts = = = 412 Mpa
S0 7,85 • 10 −05

Con el valor de el esfuerzo máximo, contando el número de divisiones en las escala
de la gráfica y dividiendo su magnitud por este determinamos el valor en kP que
corresponde a cada división y así podemos determinar otros valores con posterioridad.

3300kp
Valordivision = = 84,6kP
39divisiones
Ahora para poder determinar el límite elástico según las condiciones del punto B de
la grafica en las que se considera una deformación máxima del esfuerzo aplicado es de
27 x 84,6 = 2284,62 kP o 2284,62*9,8=22389,276 N.

Para determinar el módulo elástico recurrimos al punto A, en el cual se sabe que la
deformación es de 2mm y la tensión se determina multiplicando el numero de
cuadrículas por el esfuerzo que representa cada una, 10 x 86,4 = 864 Kp o
864*9,8=8467,2 N

En cuanto a la deformación, si atendemos al eje de abcisas podemos contar 50
divisiones hasta el punto de rotura F para el cual el diámetro final es de 7,34 que
dividido por el número de divisiones concluimos que cada división representa 7,34/50 =
0,146 mm que multiplicado por dos supone la deformación en este punto.

Fmax / S 0 8467,2 N / 7,85 ⋅ 10 −05
E= = = 29,55Gpa
∆L 2 ⋅ 0,146 / 80
L0

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2ª PARTE: ENSAYO CON PROBETA PLANA

Imagen 6: Resultados de ensayo de tracción con la probeta plana

Se obtuvieron las siguientes deformaciones:

Radio final: 4,3 mm
Con este valor procedemos a determinar el tanto por ciento de estricción para lo
cual:

S − S0 πr 2 − πr 2 0 π 5 2 − π 4,3 2 0
Z (%) = ⋅ 100 = ⋅ 100 = ⋅ 100 = 19%
S πr 2 π 52

Determinado este valor procedemos a determinar el % de alargamiento, pora lo cual
recurrimos al procedimiento de la descripción del ensayo (motivo por el cual se habían
realizado las divisiones en la probeta)

n es el número de marcas entra x e e incluido y=1 (se cuenta hacia el lado de mayor
longitud). En este caso N-n = 10 -4 = 6 con lo que se denomina como rotura par y
entonces se determina el alargamiento como:

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d xy + 2d xz − L0
A(%) = ⋅ 100
L0
Siendo
Y: punto de estricción y ruptura.
z=6/2=3 posicion de z (a tres intervalos de la división y)
Siendo n el número de marcas entra x e e incluido y=1
dxy: 43mm
dyz´:23mm

43 + 2 * 23 − 80
A(%) = ⋅ 100 = 11,25%
80

Procedemos ahora a determinar la resistencia a la tracción a partir del esfuerzo
máximo soportado mostrado por su valor en el punto F (obtenido en las gráficas
anteriormente expuestas de tensión deformación) y la sección:

Fmax 900 ⋅ 9,8 N
Ts = = = 220,5Mpa
S0 40.10 −6

Con el valor de el esfuerzo máximo, contando el número de divisiones en las escala
de la gráfica y dividiendo su magnitud por este determinamos el valor en kP que
corresponde a cada división y así podemos determinar otros valores con posterioridad.

900kp
Valordivision = = 37,5kP
24divisiones

Ahora para poder determinar el límite elástico según las condiciones del punto B de
la grafica en las que se considera una valor de esfuerzo aplicado de 22 x 37,5 = 825 Kp
o 825*9,8=8085N.

Para determinar el módulo elástico recurrimos al punto A, en el cual se sabe que la
deformación es de 2mm y la tensión se determina multiplicando el numero de
cuadrículas por el esfuerzo que representa cada una, 10 x 37,5 = 375 Kp o
375*9,8=3675N

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Fmax / S 0 3675 N / 40 ⋅ 10 −6
E= = = 25,17Gpa
∆L 2 ⋅ 0,146 / 80
L0

3ª PARTE: ENSAYO EN MAQUINA DE REGULACIÓN
ELECTRÓNICA

Como ya hemos comentado, esta tercera parte se realizó en otra jornada, únicamente
de manera informativa (sin atender a los valores de deformación) de manera que se
pudiese obtener la curva característica en formato digital para identificar con una mayor
precisión, que en la máquina de ensayo universal, los valores característicos.

Se obtuvo la siguiente gráfica en la cual es fácilmente identificable e incluso
mostrado numéricamente el valor de la tensión máxima, la deformación máxima, la
carga de rotura, carga elástica rigidez y tiempo de ensayo.

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Gráfica 2: Resultados de ensayo de tracción con probeta cilíndrica en máquina
electrónica

De esta gráfica se pueden obtener los valores característicos de la siguiente forma:
LF − LI 14,719
Alargamiento: A(%) = ⋅ 100 = ⋅ 100 =14,719 %
LI 100

Resistencia a la tracción: RT= σ MAX = 1826kp = 1826 ⋅ 9,8 = 17894,8 N (observado en
la gráfica)

Límite elástico: LE=1537 kp = 1537 * 9,8 = 15062,6 N (observado en la gráfica)

Fmax / S 0 15062,6 N / 78,53 ⋅ 10 −6
E= = = 1303,12 Mpa = 1,303Gpa
∆L 14,719 / 100
L0

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CONCLUSIÓN

Mediante el ensayo de compresión hemos conseguido:

1. Caracterizar y diferenciar las propiedades mecánicas de algunos materiales
distintos frente a cargas de tracción concluyendo en:

a. Determinación de los valores de estricción y alargamiento de
prácticamente igual magnitud por ambos métodos (distintas probetas)
utilizando el mismo material.

b. Determinación de los valores característicos de las curvas en cada uno de
los ensayos como la tensión de ruptura y la tensión de límite elástico a
partir de la cual el material mostrará un comportamiento plástico. Se
observa, en ambos casos que para la probeta cilíndrica (con mas cantidad
de material) lógicamente la magnitud de la tensión de ruptura es mayor.

c. Determinar como valor característico del comportamiento de estos
metales (medidos sobre la zona predictible o de comportamiento lineal)
el módulo elástico o módulo de young.

2. Familiarizarnos con estas técnicas de ensayo, sus fundamentos y objetivos.

3. Familiarizarnos un poco más con el empleo de herramientas en el laboratorio y
las nuevas técnicas y tecnologías aplicadas a estos ensayos.

4. Observar el efecto del tratamiento térmico (temple) sobre las propiedades
mecánicas de los metales; incremento de la dureza y resistencia así como
perdida de ductilidad (material mas frágil y rígido)

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