ESCUELA INDUSTRIAL SUPERIOR. IRAM IAS U Productos de acero. Método de ensayo de tracción. Condiciones generales.

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1 ESCUELA INDUSTRIAL SUPERIOR Anexa a la Facultad de Ingeniería Química UNIVERSIDAD NACIONAL DEL LITORAL Tema: RESISTENCIA DE MATERIALES Ensayo: Tracción estática de metales Normas consultadas: IRAM IAS U Productos de acero. Método de ensayo de tracción. Condiciones generales. Material a ensayar: Procedencia: Fecha de ensayo: Máquina empleada: Sensibilidad del ensayo: Accesorios: Temperatura de ensayo: Tiempo requerido para el ensayo: Especialidad: Asignatura: Curso: Alumno: Fecha de entrega:

2 TEORÍA Objetivo del ensayo. El ensayo a tracción es el que mejor verifica el comportamiento de los metales cuando son sometidos a cargas estáticas, pues no solo permite deducir algunas de sus propiedades tecnológicas más importantes (tenacidad, ductilidad, etc) sino que también se puede obtener el límite de elasticidad o el que lo reemplace en el caso de que no lo hubiera, la carga máxima y la consiguiente resistencia estática en base a cuyo valores se puede determinar la tensión admisible o de trabajo. Equipamiento utilizado. Las máquinas empleadas para la realización de ensayos de tracción de barras son del tipo denominado universal por adaptarse a experiencias de compresión, flexión, corte e inclusive torsión en algunos de sus modelos. En las siguientes figuras 1 y 2 indicamos las máquinas verticales de las casas Amsler de 50t y Riehle de 72.5t. Figura 1. Máquina Amsler Figura 2. Máquina Riehle La máquina Amsler, de accionamiento hidráulico, está constituido por los siguientes conjuntos principales: Bomba de aceite con inyección regulada Prensa hidráulica Dinamómetro registrador de cargas y diagrama. La variante fundamental entre una máquina universal de ensayo y una prensa hidráulica radica en dispositivo para registrar las cargas aplicadas y las deformaciones del material. Funcionamiento de la máquina universal. El registrador de esfuerzos es un dinamómetro pendular hidráulico y su principio de funcionamiento se deduce de la representación esquemática de l figura 3. En la misma se

3 puede observar que la presión del aceite que actúa en la prensa se comunica a un pequeño cilindro, el que posee un émbolo e cuyo vástago acciona una palanca f que desplaza hacia arriba a un par de barras g, imprimiendo un movimiento de rotación a la palanca acodada h que finalmente desplaza la varilla roscada l que mueve la aguja del registrador. Para equilibrar el esfuerzo transmitido, el sistema posee un péndulo t, solidario al eje de rotación de la palanca h, el que cuenta con un contrapeso u que puede ser desplazado y fijado en distintas posiciones de acuerdo a las cargas máximas a equilibrar, obteniéndose como consecuencia escalas apropiadas en el registrador. Figura 3. Esquema de funcionamiento. Probetas. Son muestras de material, de dimensiones normalizadas con las que se efectúa el ensayo. Pueden ser de sección circular o rectangular según si el material a ensayar sea una barra o se trate de una chapa o planchuela. En las figuras 4 a y b se muestra una de cada tipo, distinguiéndose en ambas las siguientes características principales: Poseen en los extremos zonas reforzadas (de mayor dimensión que la sección de ensayo) que sirven para fijarlas a las mordazas de la máquina. Las mordazas son piezas con superficies de contacto estriadas para impedir el deslizamiento de la probeta, una vez que ella está colocada en posición. Poseen una zona central de sección uniforme. La longitud de la zona central se denomina longitud de trabajo y las normas fijan su medida en función de las dimensiones de la sección de la probeta. Poseen además, una zona de enlace o unión (interfase) definidas entre las dos zonas anteriores, en la que la sección cambia en forma gradual suave. a) b) Figura 4 a) Probetas de sección circular Figura 4 b) Probetas de sección rectangular

4 Fijación de la probeta. La fijación de la probeta se realiza por medio de mordazas que consisten en piezas que se acuñan en un alojamiento (figura 5) presionando los extremos de la probeta. Poseen superficies interiores estriadas para impedir el deslizamiento. Figura 5 Figura 6. Diagrama de carga deformación Diagrama de tensión deformación. Si a los valores de la carga P de la figura 6 se los divide por el área de la sección recta de la probeta, se obtienen los valores de la tensión aplicada en cada momento. Si también se dividen las deformaciones δ por la longitud de trabajo, se obtienen valores de las deformaciones unitarias ε. Si con dichos valores construimos un diagrama de tensiones en función de las deformaciones unitarias la forma del mismo será similar al de la figura 6. Sin embargo, éste en general es el mismo, cualquiera sea la probeta siempre que se trate del mismo metal. Es en realidad un diagrama propio del material y no de la forma de la probeta. Dicho diagrama se puede observar en la figura 7. Figura 7. Diagrama convencional del acero

5 Características de la curva para el acero de bajo contenido de carbono. Al comenzar el ensayo (figura 7) el diagrama presenta un tramo recto en el que se verifica proporcionalidad entre las tensiones y deformaciones. Este tramo que finaliza en el punto P se denomina período de proporcionalidad y en él se cumple la Ley de Hooke: σ = ε. E A la tensión σ p se la denomina límite de proporcionalidad y es aproximadamente de 2000 kg/cm² para este material. A medida que la tensión sigue aumentando, el diagrama comienza a curvarse perdiendo pendiente hasta alcanzar el punto E para el cual la tensión σ E se denomina límite de elasticidad. Se destaca que hasta este punto el material se comporta de manera elástica, de modo que si se retira la paulatinamente la carga el diagrama se recorre en sentido inverso en el mismo camino y la probeta retoma su longitud primitiva, no registrándose prácticamente deformaciones permanente. Al tramo de la curva comprendido entre O y E se lo denomina período elástico, se puede apreciar que la primera parte del mismo es el período de proporcionalidad 0P. La deformación unitaria ε P correspondiente al período de proporcionalidad es aproximadamente (una milésima). Se puede expresar también en valores porcentuales, que correspondería 0,1%. Debido a que los límites de proporcionalidad y elasticidad se encuentran demasiados próximos suelen confundirlos. Si a partir del punto E seguimos aumentando la tensión, el diagrama se curva cada vez más hasta que después de F adquiere una forma aproximadamente horizontal; el material cede sin que se incremente la tensión. A este proceso se lo denomina fluencia. Este período de fluencia comienza con una deformación unitaria de aproximadamente de 0.15 a 0.20% y finaliza con aproximadamente con el 2% (una deformación muy grande en relación con la del período elástico). Durante el período de fluencia se suelen registrar fluctuaciones, ondulaciones que son apreciadas en el diagrama. La tensión σ F o o límite de fluencia es aproximadamente 2400 Kg/cm². Durante la fluencia el material sufre un proceso de re-acomodamiento de su estructura cristalina, pero finalizado el mismo vuelve a ofrecer resistencia a la deformación. Para que se produzcan nuevas deformaciones será necesario aumentar la tensión con lo que la curva comienza a subir nuevamente. Cuando la tensión alcanza el valor de σ R denominada resistencia máxima o de rotura, la probeta comienza a deformarse rápidamente y termina rompiéndose por separación en dos partes. La rotura se verifica en algún lugar de la parte cilíndrica, seguramente donde por algún defecto el material es más débil. Para el acero que nos ocupa, ésta rotura se produce luego de que la sección correspondiente se reduce notoriamente. A ésta reducción se la denomina estricción y se la muestra en el croquis de la figura 8. Para este tipo de acero la tensión máxima σ R o tensión de rotura es de aproximadamente 3700 kg/cm². Figura 8. Tipos de fractura a) Fractura de cizallamiento dúctil, b) Fractura completamente dúctil, c) Etapa de fractura copa-cono, d) Fractura frágil.

6 La deformación unitaria promedio (existen zonas poco deformadas y otras muy deformadas como la zona de estricción) es de aproximadamente 25 a 30%. Desde el punto E hacia delante y hasta la rotura, el proceso es plástico y específicamente entre F y F toma en nombre de período de fluencia, como ya se indicó anteriormente. El diagrama de línea continua que va entre F y la rotura R se obtiene refiriendo la carga a la sección inicial de la probeta. Si el cálculo de la tensión en cada momento se realizase en relación con la sección que se va reduciendo paulatinamente, entonces se obtendría el diagrama de líneas de trazos que se observa por arriba. Al primero se lo denomina convencional y al segundo diagrama real. TRABAJO PRÁCTICO Probeta de ensayo. Croquis: Diámetro [mm] Sección [mm²] Longitud entre marcas [mm] Valores iniciales D o = S o = L o = Valores Finales D = S = L = Diagrama del ensayo.

7 Resultados del ensayo. Designación Símbolo Fórmula Valor Unidad Carga al límite proporcional P p Del gráfico [kg] Carga al límite de fluencia P f Del gráfico [kg] Carga máxima P max Del gráfico [kg] Tensión al límite proporcional σ P P p /S o [kg/cm²] Tensión al límite de fluencia σf P f /S o [kg/cm²] Resistencia estática a la tracción σ et P max /So [kg/cm²] Deformación específica al límite de proporcionalidad Módulo elástico al límite de proporcionalidad ε p L p /L o * 100 % E σ p /ε p [kg/cm²] Alargamiento de rotura δ (L f -L o )*100/L o % Estricción Ψ (S f -S o )*100/S o % Fractura de la probeta Conclusiones.