PRACTICA No. 1 ENSAYO DE TRACCION UNIAXIAL PARA DIFERENTES TIPOS DE MATERIALES

Transcripción

1 PRACTICA No. 1 ENSAYO DE TRACCION UNIAXIAL PARA DIFERENTES TIPOS DE MATERIALES -OBJETIVO Identificar la relación que existe entre el esfuerzo y la deformación del material, para su posterior relación con las propiedades mecánica, a partir de un ensayo de tensión sobre probetas de diferentes materiales. -INTRODUCCIÓN Deformación. Es el proceso durante el cual un cuerpo cambia sus dimensiones en respuesta a una o varias fuerzas exteriores que sobre él se aplican. Al inicio de la deformación se producen efectos reversibles en el cuerpo, los cuales desaparecen después de que se elimina la fuerza; a esto se le denomina: estado de deformación elástica. A partir de que la deformación rebase el estado elástico, se producen el cuerpo efectos no reversibles y que dan lugar al estado de deformación plástica. En algunos casos, la deformación plástica puede llegar a rebasar el 100% sin que se detecte variación en el volumen total e l cuerpo. La deformación plástica parece entonces efectuarse a volumen constante o por una variación muy pequeña, lo cual se traduce simplemente en el hecho de que el numero de átomos de un cuerpo es constante durante la deformación y que no se produce más que una reorganización en el apilamiento de los átomos, lo cual es suficiente para inducir un cambio en volumen. Figura 1. Gráfica esfuerzo-deformación representativa. 3

2 Esfuerzo. Se dice que un cuerpo está sometido a esfuerzo, cuando una parte de él ejerce fuerzas sobre partes vecinas y estas fuerzas dependen de las dimensiones del cuerpo. Deformación. Es el cambio en dimensiones que experimenta un cuerpo cuando se encuentra sometido a esfuerzo. La mayor parte de los ensayos mecánicos en laboratorio se efectúan en el estado de esfuerzo uniaxial, ya sea en tensión o compresión. Esto se debe a que los mecanismos microscópicos que se encuentra en juego después de la deformación, son complejos y muy variados y por eso se prefiere la simplificación de las condiciones de operación al estado uniaxial. Uno del os principales tipos de ensayo para el estudio de la deformación es el ensayo de tracción, que consiste en la realización, a una velocidad constante de deformación, de una prueba mecánica que se emplea, para determinar las propiedades de los materiales al ser sometidos a esfuerzos de tensión. La deformación obtenida mediante este ensayo se puede representar en la grafica esfuerzo-deformación (figura 1) en donde además es posible localizar ciertos puntos y regiones que dan deformación sobre el comportamiento dl material analizado, conforme este se somete a esfuerzos de tensión cada vez mayores. Las regiones o puntos de la grafica de esfuerzo-deformación, que mayor información proporcionan sobre el comportamiento mecánico del material son: Región elástica: zona ubicada entre la línea recta que va del origen al punto A y en donde se observa una relación proporcional entre el esfuerzo y la deformación unitaria. La pendiente de esta recta se conoce como modulo de elasticidad (ver figura 1). Esfuerzo de fluencia. Al incrementar el esfuerzo más allá del límite proporcional, la curva esfuerzo-deformación unitaria presenta una pendiente cada vez menor, hasta llegar al punto B donde se vuelve horizontal y ocurre un considerable alargamiento de la probeta sin un incremento perceptible en la fuerza de tensión (hasta llegar al punto C). Esta característica se conoce como fluencia del material y el punto B de la grafica corresponde al denominado esfuerzo de fluencia (ver figura 1). Después de experimentar la deformación que ocurre durante la fluencia, el material comienza a endurecerse por deformación; se encuentra en su zona plástica y la probeta de prueba en esta región requiere un incremento de la carga de tensión para poderse deformar generando en el diagrama de esfuerzo-deformación una pendiente positiva del punto C al punto D. Finalmente la carga a la que se somete el material termina por alcanzar su valor máximo a un esfuerzo correspondiente, denominado esfuerzo último (punto D). Un alargamiento adicional de la probeta la acompaña una reducción de la carga y la fractura de la misma, que ocurre finalmente en un punto E. 4

3 -EQUIPO O MATERIAL REQUERIDO Probetas para ensayo de tracción cilíndricas según las normas ASTM (preparar la probeta de acuerdo a las dimensiones que marcar la norma. Los materiales propuestos pueden ser modificados con otros, pero asegurarse de preparar las probetas de acuerdo a la norma ASTM), de los siguientes materiales: cobre, aluminio, acero 1018 y latón. Maquina universal (figura 2) integrada por: 1. Modulo de medición 2. Dispositivos para ensayos 3. Computadora 4. Mordazas Figura 2. Máquina de pruebas universales para la determinación de propiedades mecánicas de materiales. 5

4 -DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1. Calibre la maquina universal. 2. Encienda la computadora y cargue el sistema operativo. 3. Elija el tipo de programa y los parámetros de operación para la prueba. 4. Coloque la probeta en las mordazas asegurándose de que estas queden bien sujetas. La mordaza inferior puede ascender y descender (botones: Up & Down) para ajustar la distancia a la probeta; en ocasiones es necesario bajar la mordaza inferior para lograr asegurar la probeta. 5. Proporcione al programa las dimensiones de la probeta y los parámetros de operación restantes. 6. Active la prueba. La curva del material en prueba comenzara a formarse en la pantalla. 7. Al concluir la prueba, registre los resultados obtenidos. 8. Repita la prueba para todos los materiales. - EVALUACIÓN Y RESULTADOS Después de realizar el ensayo de tracción para las cuatro probetas, registre los datos obtenidos de esfuerzo y deformación y posteriormente construya la grafica de esfuerzodeformación para cada una de ellas. Completa la siguiente tabla a partir de los datos obtenidos en los diagramas de esfuerzo deformación. Datos Diámetro (D) Longitud (L) Área (A) F YLD F MAX F BRK σ YLD σ MAX σ BRK Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Unida des 6

5 -ANALISIS DE RESULTADOS A partir de los resultados obtenidos, discuta lo siguiente de manera individual: 1.- Cuál de los materiales estudiados es el más frágil? Por qué? 2.- Cuál de los materiales es el más dúctil? Por qué? 3.- en cuál de los cuatro casos se requirió una mayor carga para generar la ruptura? A qué se debe lo anterior? 4.- Qué diferencias observa en la fractura generada en cada probeta? A qué se debe el cambio de apariencia en la zona con fractura? -PARAMETROS DE CALIFICACION CRITERIOS DE EVALUACION % Reporte de la practica 40 Presentación de la practica 10 Análisis de resultados 30 Discusión de resultados 20 7

6 -REFERENCIAS 1. Douin, Joel, mecanique des milieux continus, PAVAGES, Diderot Editeur, arts et Sciencies, Paris, Milton Ohring, engineering material science, Academic Press Inc., San Diego, California, Deborah D.L. Chung, Applied Materials Science, CRC Press, Boca Raton, Florida, William D. Callister, Jr., Materials Science and Engineering: Introduction, John Wiley & Sons, Inc., New York, NY, Brian S. Mitchell, an introduction to materials engineering and science for chemical and materials engineers, a john wiley & sons, inc., publication, Hoboken, New Jersey, Michael Ashby, Hugh Shercliff and David Cebon, Materials Engineering, Science, Processing and Design, Butterworth-Heinemann, Burlington, MA, James M. Gere, Mecanics of Materials, Cengage Learning, Stamford, CT, USA,