Práctica de propiedades mecánicas. Ensayo de tracción. PDF

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PRÁCTICA 1. PROPIEDADES MECÁNICAS – Primera parteACTIVIDAD 1: ENSAYO DE TRACCIÓN1 IntroducciónLos materiales se requieren para transmitir la energía mecánica entre ciertas partes de una máquina. Las variables que determinan la energía mecánica son las fuerzas y los desplazamientos. Los materiales co...

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PRÁCTICA 1. PROPIEDADES MECÁN ICAS_1. EDEM

PRÁCTICA 1. PROPIEDADES MECÁNICAS – Primera parte ACTIVIDAD 1: ENSAYO DE TRACCIÓN 1.1 Introducción Los materiales se requieren para transmitir la energía mecánica entre ciertas partes de una máquina. Las variables que determinan la energía mecánica son las fuerzas y los desplazamientos. Los materiales constituyen los componentes y reaccionan con esfuerzos y alargamientos oponiéndose a las solicitaciones. Es lo que se denomina características mecánicas de los materiales o capacidad de transmitir o soportar las variables de energía mecánica. El diseño óptimo de una pieza, o máquina como conjunto de piezas, requiere el compromiso de la buena conformación, de acuerdo con las funciones específicas que debe desempeñar, y el buen dimensionamiento, de acuerdo con la adecuada selección del material. La selección y el dimensionamiento requieren el conocimiento de los índices que califican y cuantifican las cualidades de cada uno de los materiales alternativos que son aptos para realizar una pieza. La determinación de los índices que miden las cualidades, o características de respuesta de los materiales ante un determinado requisito, se realiza por medio de ensayos estandarizados. Estos ensayos deben suministrar los parámetros de respuesta de los materiales que permitan seleccionarlos; bien a través de valores absolutos, que permiten el dimensionamiento, o bien a través de valores relativos, que definen niveles de aceptación. Los ensayos son tan diversos como diversas son las características o cualidades que les exigimos a las piezas o a su material. Pongamos por ejemplo un gancho de izado de una grúa. Le exigiremos unos niveles determinados en la resistencia a tracción, en la resistencia al impacto, en el número de izadas de servicio que ha de resistir, en la inoxidabilidad en atmósferas industriales, etc. Evidentemente cada exigencia requiere un ensayo específico que cuantifique esas características. Los principales ensayos que se requieren para calificar las características resistentes de los materiales pueden clasificarse como:  

Estáticos; que simulan el comportamiento del material con pequeñas velocidades de aplicación de las cargas. Distinguiremos entre ellos los ensayos de tracción, fluencia, fractura y dureza. Dinámicos; que modelizan el comportamiento frente a cargas variables con el tiempo. Distinguiremos entre ellos el ensayo de fatiga y el de resiliencia.

En la presente actividad se va a estudiar uno de los citados ensayos estáticos, el ensayo de tracción.

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1.2 Ensayo de tracción. Indicadores Es un ensayo que tiene por objetivo definir la resistencia elástica, resistencia última y plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas uniaxiales.

Fig.1.1. Registro de un ensayo de tracción.

Para la realización del ensayo se requiere una máquina, prensa hidráulica por lo general, capaz de: a) Alcanzar la fuerza suficiente para producir la fractura de la probeta. b) Controlar la velocidad de aumento de fuerzas. c) Registrar las fuerzas, F, que se aplican y los alargamientos, ΔL, que se observan en la probeta.

Fig.1.2. Máquina universal de ensayos de tracción.

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PRÁCTICA 1. PROPIEDADES MECÁN ICAS_1. EDEM Las probetas son normalizadas, cilíndricas o planas, admitiendo secciones variables, S 0, si bien están correlacionadas con la longitud de la probeta, L0, a través de un modelo del tipo: 𝐿0 = 𝐾 ∙ √𝑆0 siendo K un factor de proporcionalidad definido por la norma EN 10002‐1.

La figura 1.3 muestra la probeta cilíndrica según la norma EN 10002‐1.

Fig.1.3. Probeta normalizada, EN 10002.

1.3 Ensayo de laboratorio Objetivo de la experiencia Analizar la información que suministra el ensayo de tracción bajo carga axial de un material. Cuantificar los parámetros indicadores. Procedimiento de ensayo 1) Elaborar probetas de acero dulce AE235, EN 10025, de 10 mm de diámetro y K = 5.65, EN 10002‐1 (se dispondrá ya de probetas en el laboratorio). 2) Marcar las partes cilíndricas con dos granetazos separados la longitud L 0. 3) Montar la probeta en las mordazas de la prensa y aumentar la carga F con una velocidad vp = 10 mm/min hasta la rotura registrando en cada momento la carga F y el alargamiento ΔL. Anotar el valor máximo de fuerza registrado por la máquina. 4) Juntar las dos medias probetas y medir la longitud Lr que existe entre los dos granetazos, y el diámetro de rotura dr.

1.4 Bibliografía de referencia Fundamentos de ciencia de los materiales. Carlos Ferrer, Vicente Amigó, Mª Dolores Salvador. Tomo I. Editorial UPV. (Cap.2). Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros. James F. Shackelford, Ed Pearson 6º Ed 2005. (Cap. 6).

ACTIVIDAD 1: INFORME DE PRÁCTICA Realizar los ensayos de tracción solicitados, registrando los datos y gráficas obtenidas. Contestar las cuestiones indicadas para cada material ensayado: Material:

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Longitud entre marcas (L0)

Diámetro inicial (d0)

Reflejar el registro obtenido del ensayo, en valores de F/desplazamiento,a través de una copia de la gráfica obtenida, o bien dibujarla a mano.

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Obtener, aplicando los valores registrados en el ensayo, el gráfico tensión‐ deformación del ensayo. Para esto, es importante identificar el punto de máxima fuerza (para ajustar el eje de Tensión), y la variación de longitud en la rotura (para ajustar el eje de Deformación). Indicar el límite elástico y carga de rotura del material Calcula los valores de alargamiento y estricción a la rotura. Describe las diferencias entre las curvas obtenidas y el diferente comportamiento plástico de los materiales ensayados.

ACTIVIDAD 2: ENSAYO DE FLEXIÓN 2.1 Ensayo de flexión a tres puntos. Indicadores Es un ensayo que tiene por objetivo estudiar el comportamiento elástico y plástico de diferentes materiales. Para la realización del ensayo se emplea la máquina universal de ensayos de tracción colocando biapoyada la probeta a ensayar y aplicando la carga lentamente en el centro de la probeta, tal y como se indica en la figura 2.1.

Fig.2.1. Aplicación de la carga en el ensayo de flexión a tres puntos.

2.2 Ensayo de laboratorio Objetivo de la experiencia Analizar el comportamiento elástico y plástico de tres materiales diferentes (aluminio, cerámica y policarbonato). Procedimiento de ensayo 1) Colocaremos la probeta biapoyada en la mesa de la máquina universal de ensayos, tal y como indica la figura 2.2.

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Fig. 2.2. Pieza a ensayar colocada en la máquina universal de ensayos de tracción

Aplicaremos con ayuda de la máquina universal de ensayos de tracción la carga sobre la probeta ensayada. 3) Una vez aplicada la carga la retiraremos para comprobar si la probeta recupera su forma original. Si es así, el material habrá trabajo en su zona elástica, en caso contrario habrá trabajado en su zona plástica. 4) Si el material ha trabajado en su zona plástica repetiremos el ensayo incrementado la carga.

2.4 Bibliografía de referencia Fundamentos de ciencia de los materiales. Carlos Ferrer, Vicente Amigó, Mª Dolores Salvador. Tomo I. Editorial UPV. (Cap.2). Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros. James F. Shackelford, Ed Pearson 6º Ed 2005. (Cap. 6).

ACTIVIDAD 2: INFORME DE PRÁCTICA   

Explica el ensayo realizado en la práctica. Describe las características de comportamiento elástico/plástico de los tres materiales ensayados Dibuja como serían los gráficos de tensión‐deformación de los tres materiales ensayados, basándote en el comportamiento observado durante los ensayos

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