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|UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

LABORATORIO DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES: PRACTICA NO. 4: PRUEBA DE TENSIÓN

Presenta: Mendoza Domínguez María Guadalupe

Profesor(a): Ing. Alfonso Ortiz Estrada Grupo: 1251-C Semestre: 2021-1 Fecha de realización: 21/Octubre/2020

Fecha de entrega: 25/Octubre/2020

INTRODUCCIÓN: El ensayo de tensión consiste en una prueba destructiva para obtención, interpretación y análisis de algunas propiedades mecánicas del material a analizar. Se realiza sometiendo una probeta normalizada a una carga que intente estirarla y que va aumentando con el tiempo hasta producir la estricción y posterior rotura de la probeta. De este ensayo se obtienen propiedades importantes de los materiales tales como: módulo de elasticidad, esfuerzo de fluencia, esfuerzo máximo, esfuerzo de rotura y porcentaje (%) de elongación, entre otras. En este ensayo a medida que la probeta es sometida a tracción a velocidad constante, se va registrando la carga necesaria para producir un determinado alargamiento. El resultado inmediato de un ensayo de este tipo es la curva carga-alargamiento. Al normalizar los datos en función de la geometría de la probeta, se obtiene un a información más general acerca de las características del material. En ella se define la tensión ingenieril, 𝜎, como: 𝑃 𝜎= 𝐴0 donde P es la carga aplicada sobre la probeta, con un área transversal inicial, 𝐴0 . La sección transversal de la probeta hace referencia a la región próxima a la zona central de la longitud de la probeta. Las probetas se fabrican de forma tal que el área transversal de esta zona sea uniforme e inferior al área transversal de los extremos en lo que se sujeta a la maquina de ensayos. Esta zona de menor área, conocida como longitud calibrada, sufre la mayor concentración de tensiones, por lo que cualquier deformación significativa de tensión elevada se localiza en ella. La deformación ingenieril, 𝜀 , se define como: 𝑙 − 𝑙0 𝛥𝑙 𝑙0 𝑙0 Siendo 𝑙 la longitud de la zolna calibrada correspondiente a una carga determinada y 𝑙0 la longitud calibrada inicial. La curva tensión-deformación se divide en dos zonas diferentes: • Deformación elástica: Es una deformación no permanente. Se recupera completamente al retirar la carga. La zona elástica de la curva tensión-deformación es el tramo lineal inicial. • Deformación plástica: Es una deformación permanente. No se recupera al retirar la carga, aunque si se recupera una pequeña componente de deformación elástica. La zona plástica es el tramo no lineal que se obtiene una ve que la deformación total supera el limite de deformación elástica. La pendiente de la curva tensión-deformación en la zona elástica es el módulo elástico, 𝐸 , también conocido como modulo de Young. La linealidad de la curva tensión-deformación en la zona elástica es una corroboración grafica de la ley de Hooke: 𝜎 = 𝐸ε El módulo elástico 𝐸 representa la rigidez del material (resistencia a la deformación elástica), y se manifiesta como la cantidad de deformación sufrida durante la utilización normal del material por debajo de su límite elástico y también como el grado de recuperación elástica del material durante el conformado. Por otro lado, el límite elástico representa la resistencia del metal a la deformación permanente y también indica la facilidad con la que el material puede ser conformado mediante las operaciones de laminado y estirado. 𝜀=

Las unidades más comunes para medir el esfuerzo son psi y MPa. Las unidades para medir la deformación incluyen 𝑖𝑛⁄𝑖𝑛 , 𝑚𝑚⁄𝑚𝑚 y 𝑚⁄𝑚 y, por lo tanto, con frecuencia la deformación se escribe como sin unidades.

La rapidez a la que se desarrolla la deformación de un material se define como la rapidez de deformación. Las unidades de la rapidez de deformación son 𝑠 −1 . Muchos materiales considerados como dúctiles se comportan como solidos quebradizos cuando su rapidez de deformación es alta. Cuando los materiales se someten a alta rapidez de deformación, este tipo de carga se conoce como carga de impacto.

Otras propiedades que se descubren a partir de la prueba tensión: Resistencia a la fluencia: En la mayora de los materiales, el lmite elstico y el lmite proporcional estn bastante cercanos. Los valores medidos dependen de la sensibilidad del equipo que se utilice, por lo tanto, se establece un valor de deformacin compensado. Despus se traza una lnea que comienza con el valor de deformacin compensado y se traza una lnea paralela a la parte lineal de la curva de esfuerzo-deformacin. El valor del esfuerzo que corresponde a la interseccin de esta lnea y la curva de esfuerzo-deformacin se define como la resistencia a la fluencia compensada, tambi n enunciada como la resistencia a la fluencia. En el caso de algunos materiales, la transici n de la deformacin elstica al flujo plstico es bastante abrupta. A esta transicin se le conoce como fen meno del punto de fluencia. En estos materiales, a medida que comienza la deformacin plstica, el valor del esfuerzo cae primero del punto de fluencia superior. El valor del esfuerzo oscila despu s alrededor de un valor promedio definido como el punto de fluencia inferior (S1). En el caso de estos materiales, la resistencia a la fluencia por lo general se define a partir de la deformacin compensada a 0.2%. Resistencia a la tensin: El esfuerzo que se obtiene en la fuerza aplicada m s alta es la resistencia a la tensin, la cual es el esfuerzo mximo en la curva de esfuerzo-deformacin. Este valor tambin se conoce como resistencia mxima a la traccin. En muchos materiales d ctiles, la deformacin no permanece uniforme. En alg n punto, una regin se deforma ms que las otras y ocurre un gran decrecimiento local en el rea de la seccin transversal. La resistencia a la tensin es el esfuerzo al que comienza la estriccin en los metales dctiles. Tenacidad a la tensin: A la energ a que absorbe un material antes de fracturarse se le conoce como tenacidad a la tensin y en algunas ocasiones se mide como el área bajo la curva de esfuerzodeformacin verdaderos (también llamada trabajo de fractura). La ductilidad: Es la capacidad de un material para deformarse de manera permanente sin romperse cuando se aplica una fuerza. Existen dos medidas comunes de la ductilidad. El porcentaje de elongacin cuantifica la deformacin plstica permanente en la falla midiendo la distancia entre las marcas

calibradas en la probeta antes y despus de la prueba. El porcentaje de elongacin puede escribirse como: 𝑙𝑓 − 𝑙0 ∗ 100 % 𝐸𝑙𝑜𝑛𝑔𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑙0 donde 𝑙𝑓 es la distancia entre las arcas calibradas después de que la probeta se rompe. Un segundo mtodo es medir el cambio porcentual del rea de la seccin transversal en el punto de fractura antes y despus de la prueba. La reduccin porcentual del rea describe la cantidad de adelgazamiento que experimenta el espcimen durante la prueba: 𝐴0 − 𝐴𝑓 % 𝑅𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 á𝑟𝑒𝑎 = ∗ 100 𝐴0 donde 𝐴𝑓 es el área de la sección transversal final de la superficie de la fractura después de que falla la probeta. Efecto de la temperatura: Las propiedades mecánicas de los materiales dependen de la temperatura. La resistencia a la fluencia, la resistencia a la tensin y el mdulo de elasticidad disminuyen a temperaturas ms altas, mientras que, por lo general, la ductilidad aumenta.

DESARROLLO:

se dimensiona la probeta

se corre el programa

se coloca en las mordazas

se obtiene la grafica de deformacion

CUESTIONARIO: 1.- Con ayuda del diagrama esfuerzo-deformación de ingeniería obtenido, muestre las propiedades tensiles que se pueden obtener a partir del mismo. 1) 2) 3) 4) 5)

Modulo elástico Limite elástico Resistencia a tracción Ductilidad Tenacidad

2.- Calcule el porcentaje de elongación y el porcentaje de reducción de área de la probeta. (se anexa un ejemplo) La probeta de aleación de aluminio que tiene 12.83 mm de diámetro, con una longitud inicial de 50.8 mm y tiene una longitud final después de la falla de 55.753 mm y un dimetro final de 10.11 mm en la superficie fracturada. Calcule la ductilidad de esta aleacin. 𝑙𝑓 − 𝑙0 % 𝐸𝑙𝑜𝑛𝑔𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = ∗ 100 𝑙0 55.753 − 50.8 % 𝐸𝑙𝑜𝑛𝑔𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = ∗ 100 = 9.75% 50.8 𝐴0 − 𝐴𝑓 ∗ 100 𝐴0 𝜋 𝜋 ( ) (12.83𝑥 10−3 )2 − ( 4 ) (10.11𝑥 10−3 )2 ∗ 100 = 37.9% % 𝑅𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 á𝑟𝑒𝑎 = 4 𝜋 ( 4 ) (10.11𝑥 10 −3 )2

% 𝑅𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 á𝑟𝑒𝑎 =

3.- ¿Qué tipo de fractura se observa en la probeta ya fracturada y por qué? •

•

Fractura dúctil: ocurre después de que un material es sometido ha una deformación plástica excesiva, esto quiere decir que este tipo de fractura aparece en aquel los materiales que tienen una zona de deformación plástica considerable. Fractura frágil: ocurre antes o durante el momento en el que se presenta una deformación plástica. Se presenta principalmente en materiales no cristalinos, en presencia de temperaturas muy bajas y en la aplicación de esfuerzos muy elevados.

4.- ¿Cuál es la diferencia entre deformación elástica y deformación plástica? La deformación elástica es una deformación no permanente y se recupera completamente al retirar la carga. Mientras que la deformación plástica es una deformación permanente y no se recupera al retirar la carga.

5.- ¿Qué se entiende por ductilidad y maleabilidad? La maleabilidad es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan los cuerpos a ser labrados por deformación, la maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas. El elemento conocido más maleable es el oro, que se puede malear hasta láminas de una diezmilésima de milímetro de espesor. Y la ductilidad es la capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material, bajo la acción de una fuerza.

6.- Defina la Ley de Hooke La ley de Hooke establece que un cuerpo elástico se estira proporcionalmente a la fuerza que actúa sobre él.

7.- ¿Qué importancia tiene la resistencia a la fluencia o a la cedencia en las actividades de diseño mecánico? El diseño mecánico se basa en estudios sobre cuestiones como el límite de fluencia de los materiales y el valor de esfuerzo aplicado con el cual los materiales comienzan a deformarse de forma permanente. El ensayo de tracción permite conocer datos importantes sobre los materiales, Por ello se realiza el ensayo para someter una probeta a un esfuerzo axial de tracción hasta que la esta llegue a su punto de quiebre. De esta manera se mide la resistencia de un material a una fuerza estática, o aplicada lentamente.

8.- Desde el punto de vista de la ingeniería, ¿qué define el módulo de elasticidad (de Young) de un material? Representa la rigidez del material (resistencia a la deformación elástica), y se manifiesta como la cantidad de deformación sufrida durante la utilización normal del material por debajo de su límite elástico y también como el grado de recuperación elástica del material durante el conformado

9.- Físicamente en la probeta. ¿Qué implica que el contador de carga llegue a un valor máximo y este valor se quede estático? Físicamente en la probeta se refleja el inicio de ruptura, donde ya dicha muestra empieza a tener deformaciones permanentes.

10.- ¿En qué casos se tiene que medir el esfuerzo de cedencia convencional al 𝟎. 𝟐% de deformación? y ¿cómo se obtiene? Se emplea cuando no es fácil de detectar el cambio del comportamiento del material de elástico a plástico. Se traza una línea paralela a la porción inicial de la curva esfuerzo-deformación, pero 𝑝𝑙𝑔 ⁄𝑝𝑙𝑔 (0.2%) del origen. El esfuerzo de cedencia convencional de 0.2% es el desplazada a 0.002 esfuerzo al cual dicha línea interseca la curva esfuerzo-deformación.

CONCLUSIONES: Con esta práctica se obtuvo demasiada información esencial de los materiales que se utilizan en la industria. Se obtuvieron demasiados conceptos y la importancia de las propiedades de lo materiales para el diseño de piezas y/o herramientas necesarias en la vida diaria. También se comprendido que relación tienen estas propiedades con otras. Se cumple satisfactoriamente el objetivo de la practica y se refuerzan conocimientos importantes....