Laboratorio 2

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Carrera: Ingeniería Industrial
Cátedra: Materiales Industriales 
Informe de laboratorio Nº2
Tema: Ensayo De Tracción de Materiales
Grupo N°5
Integrantes:
Alvarado Emmanuel
Avendaño Juan
Clerici Sebastian
Corbalan Jabie Mauricio
Cordoba Mario
Corte Enzo
Massariol Bernardo
Navarro Leon Nicolas
Sanchez Soto Pablo
Vivero Ivan
Fecha de ejecución: 25 de noviembre de 2020
Fecha de presentación: 1 de diciembre de 2020
INDICE
ASPECTOS TEÓRICOS	3
EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS	4
MAQUINA DE ENSAYO UNIVERSAL	4
PROBETAS	5
Probetas de metales no ferrosos:	5
∙Aluminio	5
∙Cobre	5
Probetas de un material termoplástico:	5
∙	Polietilen tereftalato(PET)	5
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL	6
PREPARACION DE LAS PROBETAS	6
COLOCACION DE LAS PROBETAS EN LAS MORZADAS DE LA MAQUINA DE ENSAYO	7
EJECUCION DEL ENSAYO DE TRACCION	9
Suministro de datos al software	9
Medición de las probetas al finalizar el ensayo de tracción	10
OBSERVACIONES EXPERIMENTALES	11
1DATOS EXPERIMENTALES	11
RESULTADOS OBTENIDOS Y CALCULOS EFECTUADOS	12
CÁLCULOS PROBETA DE ALUMINIO	12
CÁLCULOS DE LA PROBETA DE COBRE	13
CÁLCULOS DE LA PROBETA DE PET	14
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS	15
CONCLUSIONES	16
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA Y REFERENCIAS	17
1.ASPECTOS TEÓRICOS
La tracción simple se observa cuando sobre las secciones transversales de un cuerpo se le aplican cargas normales uniformemente repartidas, de tal forma que se produzca su alargamiento. 
El ensayo de tracción estática, permite obtener bajo un estado simple de tracción el límite de elasticidad, la carga máxima y la resistencia estática, en base a cuyos valores se fijan las tensiones admisibles o de proyecto, y así conocer el comportamiento del metal. Cabe aclarar que este ensayo es el que mejor determina las propiedades mecánicas de los metales.
Cuando la probeta se encuentra bajo un esfuerzo estático de tracción simple, la misma se alarga en mayor o menor grado según su naturaleza a medida que crece la carga, pudiéndose estudiar gráficamente la relación de dicha carga con las deformaciones que produce. Para ello se utiliza el siguiente diagrama de “Carga VS deformación”:
El eje de las ordenadas corresponde a las cargas y el de las abscisas al de las deformaciones longitudinales o alargamientos en milímetros.
2.EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS
En el laboratorio realizado se utilizaron los siguientes equipamientos:
3.1 CALIBRE DIGITAL 
Este instrumento nos permite realizar mediciones de las dimensiones de las probetas de manera directa, rápida y precisa. 
El calibre utilizado fue un Calibre Digital Stainless Hardened de 0,150 mm.
Figura 2. Calibre digital 
3.2 MAQUINA DE ENSAYO UNIVERSAL
 Se utilizó una máquina de ensayo universal configurada para realizar ensayos de tracción. 
Marca: SANS, capacidad de carga 10 kN.
Figura 3. Máquina de ensayo universal.
3.3 PROBETAS
Se ensayaron dos tipos de probetas:
Probetas de metales no ferrosos:
· Aluminio
· Cobre
Probetas de un material termoplástico:
· Polietilen tereftalato(PET)
Figura 4. Probeta de aluminio
Figura 5. Probeta de cobre
Figura 6. Probeta de PET
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a. PREPARACIÓN DE LAS PROBETAS
Marcar en cada probeta los puntos de referencia (figura 7) y los puntos a utilizar para la correcta colocación de la probeta entre las mordazas de la máquina, los cuales deberán estar a 5 mm de los puntos de referencia y sobre el eje longitudinal de la probeta.
Figura7.
 Luego mediante un calibre digital se procede a medir cuidadosamente la longitud total de la probeta, la longitud total entre los puntos de referencia (Longitud de calculo), el ancho de la probeta en la zona de menor dimensión y su correspondiente espesor.
Figura8. Medición de dimensiones mediante el calibre digital.
b. COLOCACION DE LAS PROBETAS EN LAS MORZADAS DE LA MAQUINA DE ENSAYO
 Se procede a colocar cada probeta a ensayar en las mordazas de la máquina de ensayo de tracción. 
 Se debe verifica que las probetas hayan estado colocadas en forma perfectamente vertical y centrada entre las mordazas de la máquina de ensayo para un resultado optimo 
c. EJECUCION DEL ENSAYO DE TRACCION
Suministro de datos al software
 Una vez que las probetas se colocan correctamente entre las mordazas de la máquina de ensayo se cargan los datos de las dimensiones de las probetas en el software del equipo junto con las demás variables de operación del equipamiento y se procede a efectuar el ensayo para adquirir los datos resultantes a través del software de la máquina. 
Las variables relevantes que se deben cargar se detallan en los datos obtenidos experimentalmente, se debe tener en cuenta que para medir las deformaciones utilizamos el desplazamiento entre las cabezas de la mordaza (Displacement input: Crosshead) y que la sección de la probeta es rectangular (Specimen Shape: Rectangular) 
Medición de las probetas al finalizar el ensayo de tracción 
Al finalizar el ensayo de tracción cada probeta se une con cinta (en este caso) y se procedió a medir las dimensiones de cada probeta luego de su rotura.
5. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES
5.1 DATOS EXPERIMENTALES
Los siguientes datos de las probetas son obtenidos antes y después del ensayo:
 Tabla 1
	Concepto
	ALUMINIO
	COBRE
	PET
	Valor de precarga (N)
	1
	1
	1
	Valor máxima de carga (N)
	8000
	8000
	8000
	Valor de disminución de carga para detención (%)
	80
	80
	80
	Velocidad de desplazamiento cabezal (mm/min)
	6
	6
	6
	Ancho de probeta (Width of specimen) (mm)
	7.45
	8.49
	7.57
	Espesor de probeta (thickness of specimen) (mm)
	0.09
	0.18
	0.34
	Longitud calibrada (Gauge length) (mm)
	53.97
	55.42
	56.25
	Ancho final de la probeta (mm)
	7.4
	7.86
	4.06
	Espesor final de la probeta (mm)
	0.09
	0.15
	0.33
	Longitud final de la probeta (mm)
	53.98
	65.04
	79.88
	Tiempo de duración del ensayo (seg)
	9.6
	121.7
	349.9
 
5.2 RESULTADOS OBTENIDOS Y CALCULOS EFECTUADOS
	
 CÁLCULOS PROBETA DE ALUMINIO
Reporte
	Width of specimen
	7.45 mm
	Thickness of specimen
	0.09 mm
	Gauge length
	53.97 mm
	
	Width of specimen
	Thickness of specimen
	Gauge length
	Rupture forcé
	
	 Mm
	 Mm
	 Mm
	 Kgf
	No.1
	7.450
	0.090
	53.970
	10.148
	
	Modulus of elasticity
	Maximum forcé
	
	 GPa
	 Kgf
	No.1
	14.585
	10.373
a) Módulo de elasticidad
El valor indicado por el instrumento de ensayo fue de 14,585 GPa
b) Tensión al límite inicial de fluencia 
No se puede calcular ya que no está claramente definida en el diagrama la zona de fluencia.
c) Límite de resistencia a la tracción
Dónde:
: Resistencia estática a la tracción.
: Carga máxima aplicada
: Sección inicial de la probeta
d) Esfuerzo de prueba 0,2%
 
Dónde:
: Tensión al límite convencional de fluencia 0,2
: Carga que provoca un alargamiento del 0,2% de la longitud inicial
: Sección inicial de la probeta.
Como
Entonces sobre la gráfica, a partir de la abscisa ε =0,002, se traza una paralela a la zona lineal de la curva hasta interceptarla y se obtiene el esfuerzo correspondiente, que será el esfuerzo de prueba 0,2%: 
Resulta aproximadamente entonces:
e) Porcentaje de alargamiento a la rotura 
δ %== = 0,0185%
f) Porcentaje de estricción a la rotura 
Ψ % = = = 5,5%
 CÁLCULOS DE LA PROBETA DE COBRE 
Reporte	
	Width of specimen
	8.49 mm
	Thickness of specimen
	0.18 mm
	Gauge length
	55.42 mm
	
	Width of specimen
	Thickness of specimen
	Gauge length
	Rupture forcé
	
	 Mm
	 Mm
	 Mm
	 Kgf
	No.1
	8.49
	0.18
	55.420
	0.111
	
	Modulus of elasticity
	Maximum forcé
	
	 GPa
	 Kgf
	No.1
	6.079
	19.45
	
	
	
	
	
	
a) Módulo de elasticidad
El valor indicado por el instrumento de ensayo fue de 6,079 GPa
b) Tensión al límite inicial de fluencia 
No se puede calcular ya que no está claramente definida en el diagrama la zona de fluencia.
c) Límite de resistencia a la tracción
 
Dónde:
: Resistencia estática a la tracción.
: Carga máxima aplicada
: Sección inicial de la probeta
d) Esfuerzo de prueba 0,2%
 
Dónde:: Tensión al límite convencional de fluencia 0,2
: Carga que provoca un alargamiento del 0,2% de la longitud inicial
: Sección inicial de la probeta.
Como
Entonces sobre la gráfica, a partir de la abscisa ε =0,002, se traza una paralela a la zona lineal de la curva hasta interceptarla y se obtiene el esfuerzo correspondiente, que será el esfuerzo de prueba 0,2%: 
Resulta aproximadamente entonces:
e) Porcentaje de alargamiento a la rotura 
δ %== = 17.36%
f) Porcentaje de estricción a la rotura 
Ψ % = = = 22,84%
CÁLCULOS DE LA PROBETA DE PET
	Width of specimen
	7.57 mm
	Thickness of specimen
	0.34 mm
	Gauge length
	56.35 mm
	
	Width of specimen
	Thickness of specimen
	Gauge length
	Rupture forcé
	
	 Mm
	 Mm
	 Mm
	 Kgf
	No.1
	7.57
	0.34
	56.350
	28.382
	
	Modulus of elasticity
	Maximum forcé
	
	 GPa
	 Kgf
	No.1
	2.091
	29.928
a) Módulo de elasticidad
El valor indicado por el instrumento de ensayo fue de 2,091 GPa
b) Límite de resistencia a la tracción
 
Dónde:
: Resistencia estática a la tracción.
: Carga máxima aplicada
: Sección inicial de la probeta
c) Esfuerzo de prueba 0,2%
 
Dónde:
: Tensión al límite convencional de fluencia 0,2
: Carga que provoca un alargamiento del 0,2% de la longitud inicial
: Sección inicial de la probeta.
Como
Entonces sobre la gráfica, a partir de la abscisa ε =0,002, se traza una paralela a la zona lineal de la curva hasta interceptarla y se obtiene el esfuerzo correspondiente, que será el esfuerzo de prueba 0,2%: 
Resulta aproximadamente entonces:
d) Porcentaje de alargamiento a la rotura 
δ %== = 42 %
e) Porcentaje de estricción a la rotura 
Sf= (4,06*0,33) mm2=1,34mm2
Ψ % = = = 47,95%
6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
	
	Aluminio
	Cobre
	PET
	Módulo de elasticidad del material
	14,585 GPa
	6,079 GPa
	2.091 MPa
	Límite de resistencia a la tracción
	151,6 MPa
	124,7 MPa
	113,95 MPa
	Esfuerzo de prueba 0,2%
	120 MPa
	70 MPa
	65,5 MPa
	Porcentaje de alargamiento a la rotura
	0,0185 %
	17,36%
	42%
	Porcentaje de estricción a la rotura
	5,5%
	22,84%
	47,95%
 De los datos obtenidos, se observa la clara diferencia de las gráficas obtenidas del software de los distintos materiales, a saber:
	 La forma tan distintiva de la curva en el diagrama de tracción del PET se debe a que las cadenas de átomos de carbono que en un principio se encuentran distribuidas de forma aleatoria (Figura 15), al ser traccionadas aproximadamente a los 70 MPa, se reacomodan alineándose. Este alineamiento le confiere una mayor resistencia a la tracción, permitiendo que la probeta llegue a soportar aproximadamente hasta 130 MPa.
En nuestro caso, la probeta cedió antes, pero si podemos comprobar la gran diferencia entre el porcentaje de extriccion a la rotura y el porcentaje de alargamiento a la rotura con respecto a los metales no ferrosos estudiados.
Cabe aclarar que solo usamos una muestra de cada probeta, para análisis mas precisos se requieren mas muestras ya que los datos obtenidos se tienen que basar en análisis estadísticos, es decir con mas muestras
Figura 10. Cadenas de PET
CONCLUSIONES
De la experiencia realizada, se recogen las siguientes conclusiones:
· Se puede mencionar que el aluminio fue el material que menor deformación presento. Demostrando ser un material menos dúctil y más frágil con respecto al cobre y al PET. Esto puede verificarse en los porcentajes tanto de alargamiento como de estricción calculados para cada material.
· El aluminio presenta un modulo de elasticidad mucho mas grande que el cobre (mas del doble) y el plástico (7 veces mas) , quiere decir que es mucho mas elastico
· Debido al alineamiento de las cadenas de PET, este material se pudo estirar un 42% de su longitud original antes de su ruptura, mientras que el cobre un 17.36 % y el aluminio un 0,0185 %.
· Por el mismo motivo expuesto, el tiempo de ruptura fue mucho mayor para el PET, siendo este casi 3 veces más que el cobre, y un poco mas de 36 veces más que el tiempo requerido para romper el aluminio
· Es de vital importancia que las probetas estén alineadas y bien colocadas en las mordazas de la máquina, de lo contrario se obtendrían valores erróneos, por lo que se debe prestar mucha atención a este procedimiento para resultados optimos, por eso también es importante obtener datos de muchas muestras, debido a las pequeñas variaciones
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA Y REFERENCIAS
· González Arias, A., Laboratorio de Ensayos Industriales - Editorial Litenia – Buenos Aires – 1982.
· Callister, W. D., Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales – Tomos I y II: Reverte, 1995
· Smith, W. F., Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales - 2a. ed. - Madrid: McGraw-Hill, 1993.
· Shackelford, J. F., Ciencia de materiales para ingenieros - 3a. ed. - México: Prentice-Hall Hispanoamericana, 1995.
· Askeland, Donald R.; Ciencia e ingeniería de los materiales - México: International Thomson Editores, 2001
· Schaffer James P., [et al.]. ; Ciencia y diseño de ingeniería de los materiales - 1a. ed. México: CECSA, 2000.
· Higgins, R. A., Ingeniería metalúrgica – Vol. 1 - México: CECSA, 1963.
· Rumford, F.: “Materiales de ingeniería química”; EUDEBA.
· Wulf y otros: “Ciencia de los materiales”, tomos I, II, III y IV; Limusa.
· Trojan y Flinn: “Materiales de ingeniería y sus aplicaciones”, Mc Graw Hill.
· Guy: “Fundamentos de Ciencia de los Materiales”; Mc Graw Hill.
· Instituto Argentino de Racionalización de Materiales, Norma IRAM – IAS U 500 – 102, Buenos Aires, 1976; Norma IRAM – IAS U 500 – 108, , Buenos Aires, 1978.
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