ENSAYO DE TRACCIÓN

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Universidad Nacional Experimental Politécnica
“Antonio José de Sucre”
Vice-Rectorado “Luís Caballero Mejías”
Núcleo Guarenas
Laboratorio de Materiales
Carla Rodríguez 201220143
Aymar Romero 2013200174
RESUMEN
En la práctica se realizó el ensayo de tracción a una probeta de aluminio al 99% de pureza, para determinar la ductilidad, la resistencia a la tracción, el esfuerzo de fluencia y el módulo de elasticidad de la misma, y conocer de este modo, las propiedades mecánicas de esta.
En el ensayo de tracción, se obtuvo como resultado un límite elástico, que posee un esfuerzo ingenieril de 26,44 KgF/mm2, un esfuerzo real 26,78 KgF/mm2, una deformación ingenieril de 0,013 y una deformación real de 0,012; una resistencia a la tracción, que tiene un esfuerzo ingenieril de 28,95 KgF/mm2, un esfuerzo real de 32,018 KgF/mm2, una deformación ingenieril de 0,106 y una deformación real de 0,100; una carga de rotura que tiene un esfuerzo ingenieril de 31,15 KgF/mm2, un esfuerzo real de 27,19 KgF/mm2, una deformación ingenieril de 0,136 y una deformación real de 0,146; una ductilidad de 17,3 %; un módulo de elasticidad de 2033,84 KgF; y una reducción de área de 33,96%. 
Estos resultados indican que el aluminio es un material dúctil y poco flexible, por lo que sus deformaciones aumentan con la carga hasta que el material fractura; y los esfuerzos disminuyen en la resistencia a la tracción por el encuellamiento causado en la zona calibrada de la probeta.
MARCO TEÓRICO
El ensayo de tracción es un ensayo que tiene por objetivo definir la resistencia elástica, resistencia última y plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas uniaxiales. Se requiere una máquina, prensa hidráulica por lo general, capaz de:
· Alcanzar la fuerza suficiente para producir la fractura de la probeta.
· Controlar la velocidad de aumento de fuerzas.
· Registrar las fuerzas, F, que se aplican y los alargamientos, que se observan en la probeta.
En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los materiales elásticos, a saber:
· Módulo de elasticidad o Módulo de Young: es el resultado de dividir la tensión por la deformación unitaria, dentro de la región elástica de un diagrama esfuerzo-deformación. Se define como:
· Límite de fluencia: es el valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada. Se define como:
· Límite elástico: es la tensión máxima que un material elástico puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes. Si se aplican tensiones superiores a este límite, el material experimenta deformaciones permanentes y no recupera su forma original al retirar las cargas.
· Esfuerzo de fluencia convencional: valor de la tensión al que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado. Es la máxima tensión aplicable sin que se produzcan deformaciones permanentes en el material.
· Resistencia a tracción: es el máximo esfuerzo de tracción que un cuerpo puede soportar antes de romperse. Se define como:
· Carga de rotura: es la carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta.
· Deformación elástica: es el modo de deformación en el que el cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca la deformación. En este tipo de deformación, el sólido, al variar su estado tensión y aumentar su energía interna en forma de energía potencial elástica, solo pasa por cambios termodinámicos reversibles. La máxima deformación elástica es la deformación en el punto de fluencia, se define como:
· Deformación plástica: es el modo de deformación en el que el material no regresa a su forma original después de retirar la carga aplicada. Esto sucede porque, en la deformación plástica, el material experimenta cambios termodinámicos irreversibles al adquirir mayor energía potencial elástica. La máxima deformación plástica asociada con el inicio del encuellamiento viene dada por:
· 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.
· Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura. 
· Ductilidad: es la propiedad de los metales para formar alambres o hilos de diferentes grosores. Los metales se caracterizan por su elevada ductilidad, la que se explica porque los átomos de los metales se disponen de manera tal que es posible que se deslicen unos sobre otros y por eso se pueden estirar sin romperse. Se calcula a través del porcentaje de alargamiento y el porcentaje de reducción de área.
· Porcentaje de alargamiento: es la diferencia de la longitud final y la longitud inicial, dividida entre la longitud inicial y convertida en porcentaje. esto es:
El resultado de esta evaluación, indicará la ductilidad con la que cuenta el material, esto significa la capacidad que tiene el material para deformarse antes de llegar al punto de ruptura del mismo.
· Porcentaje de reducción de área: es una medida de la ductilidad de metales, obtenida en un ensayo de tracción. Es la diferencia entre el área de sección transversal original de una probeta y el área de su sección transversal más pequeña después del ensayo. Normalmente se expresa como una reducción de porcentaje en la sección transversal original. La sección transversal más pequeña puede medirse en la ruptura o después de ella. En el caso de los metales, suele medirse después de la ruptura y, en el caso de los plásticos y elastómeros, se mide en la ruptura. Se define como:
· La ley de Hooke: Se aplica en ensayos de tracción y con carácter general se enuncia así: “las deformaciones producidas en un elemento resistente son proporcionales a las fuerzas que lo producen”.
· Resistencia de fluencia: es el esfuerzo máximo necesario para provocar una determinada cantidad de fluencia en un período específico. También se utiliza para describir el esfuerzo máximo que se puede generar en un material a temperatura constante bajo el cual la velocidad de fluencia disminuye con el tiempo.
· Esfuerzo real: se define como la carga divida entre el área instantánea. Si se relaciona con el esfuerzo y la deformación ingenieril, el esfuerzo real, se define de la siguiente forma:
· Deformación real: se define como “dL/L”, en donde “dL” es el cambio incremental de longitud y “L” la longitud real de escala en el momento en que se determina la variación. Si se relaciona con la deformación ingenieril, la deformación real. se define de la siguiente forma:
· Deformación ingenieril: se define como el alargamiento o elongación que sufre la probeta, dividido entre la longitud inicial, esto es:
· Esfuerzo ingenieril: es el comportamiento que un material posee frente a las tensiones, se define como:
· Plasticidad: es la propiedad mecánica de un material inelástico, natural, artificial, biológico o de otro tipo, de deformarse permanente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elástico, es decir, por encima de su límite elástico. En los metales, la plasticidad se explica en términos de desplazamientos irreversibles de dislocaciones.
· Máquina de ensayos universal: es una maquina semejante a una prensa, con facultades para someter materiales a ensayos de tracción y compresión para medir sus propiedades. La presión se logra mediante placas o mandíbulas accionadas por tornillos o sistema hidráulico. La máquina de ensayos universales tiene como función comprobar la resistencia de diversos tipos de materiales. Para esto posee un sistema que aplica cargas controladas sobre una probeta (modelo de dimensiones preestablecidas) y mide en forma de gráfica la deformación, y la carga al momento de su ruptura.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
· Materiales:
· Una probeta de aluminio al99% de pureza (265 mm de longitud total, 55 mm en cada agarre con un diámetro de 19 mm, una reducción de área de 25 mm y una zona calibrada de 155 mm, entre la que se encuentra una zona en la que ocurrirá la deformación de 75 mm con un diámetro de 15,9 mm).
· Equipos:
· Máquina de tracción universal tipo hidráulica (METROCOM 28070).
· Herramientas:
· Vernier
· Procedimiento de la práctica:
Para realizar el ensayo de tracción el procedimiento a seguir fue el siguiente:
1. Determinar usando un vernier, las dimensiones de la probeta suministrada por el técnico. Verificar que las mismas están ajustadas a las normas.
2. Marcar, dos puntos sobre la probeta para señalar la longitud calibrada con base a la norma COVENIM 299-89.
3. Determinar el área de la sección transversal original de la probeta en la zona calibrada de la probeta. Debe realizar tres mediciones del área de la sección transversal, dos en los extremos y en el centro y se calcula la media aritmética de los tres valores obtenidos.
4. Colocar la probeta en las mordazas de la máquina de tracción, de modo tal, que el eje de la probeta coincida con el de las mordazas.
5. Aplicar la precarga para el ajuste de la probeta en las mordazas. Debe tener cuidado de fijar en el registro el punto O (computadora).
6. Determinar la velocidad de aplicación de la carga. La carga se aplica a una velocidad uniforme de separación de dos cabezales. Consultar norma COVENIM 299-89.
7. Una vez fracturada la probeta, se procede a medir la longitud final de la zona calibrada y el área transversal de la probeta medida en la zona de fractura.
RESULTADOS
· Tablas de Datos:
	TABLA DE DATOS 1: TASA DE RECOLECCIÓN DE DATOS, LONGITUDES YDIAMETROS INICIALES Y FINALES DE LA PROBETA
	Longitud inicial 
	Longitud final
	Diámetro inicial
	Diámetro final
	Tasa de recolección de datos
	75 mm
	88 mm
	15,9 mm
	10,5mm
	12,7 por minuto
	TABLA DE DATOS 2: CARGAS Y ALARGAMIENTOS
	Carga (KgF)
	L (mm)
	5250
	1
	5350
	2
	5400
	3
	5450
	4
	5500
	5
	5600
	6
	5650
	7
	5750
	8
	5650
	9
	5500
	10
	5400
	11
	5000
	12
	4500
	13
· Tabla de Resultados
	TABLA DE RESULTADOS 1: ESFUERZO Y DEFORMACIÓN NOMINAL (INGENIERIL)
	
	TABLA DE RESULTADOS 2: ESFUERZO REAL Y DEFORMACIÓN REAL
	(KgF/mm2)
	
	
	S (KgF/mm2)
	E
	26.78
	0.012
	
	26.44
	0.013
	27.64
	0.025
	
	26.94
	0.026
	28.27
	0.039
	
	27.19
	0.040
	28.89
	0.051
	
	27.44
	0.053
	29.52
	0.063
	
	27.70
	0.066
	30.45
	0.076
	
	28.20
	0.080
	31.09
	0.088
	
	28.45
	0.093
	32.01
	0.100
	
	28.95
	0.106
	31.86
	0.113
	
	28.45
	0.120
	31.38
	0.124
	
	27.70
	0.133
	31.15
	0.136
	
	27.19
	0.146
	29.20
	0.148
	
	25.18
	0.160
	26.58
	0.159
	
	22.66
	0.173
· (
15
)Gráficos
· Cálculos Modelo:
· Área transversal de la probeta
· Esfuerzo de fluencia ingenieril
· Deformación ingenieril
· Esfuerzo real
· Deformación real
· Ductilidad
· Porcentaje de reducción de área
· Módulo de Young
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Durante el desarrollo del ensayo de tracción se observó que el aluminio al 99% de pureza es un material poco flexible, esto se evidencia a través del módulo de elasticidad, pues el mismo es muy pequeño, esto se debe al bajo punto de fusión que posee el aluminio. Además es un material dúctil, pues absorbe grandes deformaciones plásticas, esto se aprecia en el porcentaje de elongación y de reducción de área, ya que los mismos son mayores al 5%.
En las gráficas la curva de esfuerzo vs deformación real es mayor a la curva de esfuerzo vs deformación ingenieril, esto es debido a que la misma describe la necesidad de carga real del material para la ulterior deformación. No obstante, en ellas se observa una zona elástica o límite elástico que llega hasta una carga de 5250 KgF, en este punto además se encuentra el límite de fluencia que indica el comienzo de la deformación plástica del aluminio. 
A partir de 5750 KgF, se produce un encuellamiento en el material donde se concentra el esfuerzo, esto indica la resistencia a la tracción del material, es decir, la máxima carga que puede soportar en una deformación plástica uniforme, luego de este punto las cargas disminuyen y el material pasa a una zona de deformación plástica no uniforme en el que la reducción de área del material ya no es obstaculizada por el incremento de la resistencia mecánica producto de la deformación plástica, esto explica porque los esfuerzos reales e ingenieriles aumentan hasta cierto punto (donde se encuentra la carga máxima o resistencia a la tracción), y luego comienzan a disminuir.
Asimismo las deformaciones ingenieriles y reales son proporcionales a la carga aplicada, pues a medida que se aumenta la fuerza o carga, el material se va deformando cada vez más hasta fracturar.
En ambas gráficas se puede observar que los valores de la deformación ingenieril y real varían muy poco, pero cuando se llegó al punto máximo su variación es más notable, esto es debido a que a partir de aquí, el material se encuentra en una zona plástica no controlada o no uniforme, lo mismo sucede con los esfuerzos, pero su variación es muy notable desde el inicio, en consecuencia la curva de esfuerzo-deformación ingenieril no representa una indicación precisa de los esfuerzos y deformación reales del material porque se basa en las dimensiones de calibre originales de la probeta.
Para detectar el esfuerzo de fluencia con facilidad se determinó un esfuerzo de fluencia convencional, que tiene una deformación permanente de 0,2% (0,02 mm), como valor permisible porque no altera el comportamiento de la componente.
Es importante señalar, que la práctica fue bien ejecutada, pues en el ensayo, la fractura de la probeta ocurrió en el centro de la zona calibrada, y solo es aceptable el mismo, en esta condición. Además los resultados obtenidos experimentalmente y realizando los posteriores cálculos son similares y están dentro del rango de los resultados esperados (tabulados).
CONCLUSIONES
Durante el desarrollo de la práctica se verifico que: 
· El ensayo de tracción permitió caracterizar al material y suministró información sobre la resistencia del mismo.
· El aluminio al 99% de pureza, es un material poco flexible y dúctil.
· La deformación real e ingenieril aumentó con la carga aplicada.
· El esfuerzo real e ingenieril disminuyen luego de que la probeta sufre un encuellamiento.
· La estricción de la probeta indicó la resistencia a la tracción.
· El esfuerzo de fluencia convencional indicó el comienzo el esfuerzo de fluencia.
· El alargamiento fue directamente proporcional a la carga aplicada.
· El área transversal es inversamente proporcional a la carga aplicada.
· En el límite de fluencia comenzó la zona plástica del material.
· El punto máximo de la gráfica fue el esfuerzo de fluencia máximo.
· Luego del punto máximo de la gráfica se encontró la zona de deformación plástica no controlada y no uniforme del material.
· Antes del punto máximo de la gráfica se encontró la zona de deformación controlada y uniforme del material.
· El módulo de Young mide la elasticidad del material.
· En el límite elástico se encontró la zona elástica del material.
· La curva de esfuerzo y deformación real fue más grande que la curva de esfuerzo y deformación ingenieril.
Gráfico 1: Esfuerzo real vs Deformación Real y Esfuerzo de fluencia ingenieril vs Deformación ingenieril
Valores Y	0	1.2999999999999998E-2	2.6000000000000027E-2	4.0000000000000077E-2	5.3000000000000033E-2	6.6000000000000003E-2	8.0000000000000154E-2	9.3000000000000263E-2	0.10600000000000002	0.12000000000000002	0.13300000000000001	0.14600000000000021	0.16000000000000011	0.17300000000000001	0	26.439999999999987	26.939999999999987	27.19	27.439999999999987	27.7	28.2	28.45	28.95	28.45	27.7	27.19	25.18	22.66	Valores Y2	0	1.2999999999999998E-2	2.6000000000000027E-2	4.0000000000000077E-2	5.3000000000000033E-2	6.6000000000000003E-2	8.0000000000000154E-2	9.3000000000000263E-2	0.10600000000000002	0.12000000000000002	0.13300000000000001	0.14600000000000021	0.16000000000000011	0.17300000000000001	0	26.77999999999998727.64	28.27	28.89	29.52	30.45	31.09	32.01	31.86	31.38	31.150000000000031	29.2	26.58	Deformación ingenieril (Ɛ). Deformación real (e)
Esfuerzo de fluencia ingenieril (σ). Esfuerzo real (S). [Kg/mm2]