Objetivo.Realizar un ensayo de tensión destructiva sobre una probeta de acero Cold

Rolled y con ello observar el comportamiento mecánico estático de dicho material, y de

esta manera obtener diversas propiedades del mismo.

Consideraciones teóricas.

Ensayos de tensión.Es una prueba fundamental ciencia de los materiales de prueba en la que se

somete una muestra a una carga uniaxial (tensión) hasta el fallo. Los resultados de la

prueba se utilizan comúnmente para seleccionar un material para una aplicación,

para el control de calidad , y para predecir cómo un material reaccionará bajo otros

tipos de fuerzas . Las propiedades que se miden directamente a través de un ensayo

de tracción son de rotura por tracción , máximo alargamiento y reducción de la

superficie.

A partir de estas mediciones las siguientes propiedades también se puede

determinar: el módulo de Young , la relación de Poisson , resistencia a la fluencia ,

y endurecimiento por deformación características

Probeta de tensión.Una probeta de tracción es una muestra normalizada sección transversal. Tiene

dos hombros y un calibre (sección) en el medio. Los hombros son grandes para que

puedan ser fácilmente agarrados, mientras que la sección de medidor tiene una

sección transversal más pequeña de modo que la deformación y fallo puede ocurrir en

esta área.

Equipos.La máquina de prueba más común utilizado en ensayos de tracción es

la máquina de prueba universal . Este tipo de máquina tiene dos crucetas; una está

ajustada a la longitud de la muestra y el otro es accionado para aplicar tensión a la

muestra de ensayo. Hay dos tipos: hidráulicos accionados y electromagnéticamente

Hay tres parámetros principales: la capacidad de fuerza, velocidad y precisión y

exactitud . Capacidad de fuerza se refiere al hecho de que la máquina debe ser capaz

de generar la fuerza suficiente para fracturar la muestra. La máquina debe ser capaz de

aplicar la fuerza rápida o lentamente suficiente para imitar correctamente la aplicación

real. Finalmente, la máquina debe ser capaz de medir con exactitud y precisión la

longitud de calibre y las fuerzas aplicadas.

Proceso.

El proceso de ensayo consiste en colocar la muestra de ensayo en la máquina

de ensayo y la aplicación de tensión a él hasta que se fractura . Durante la aplicación

de tensión, el alargamiento de la sección de medidor se registra en contra de la fuerza

aplicada. Los datos se manipulan de modo que no es específica de la geometría de la

muestra de ensayo. La medición de elongación se utiliza para calcular

la ingeniería cepa , ε, utilizando la siguiente ecuación: 

Donde Δ L es el cambio en la longitud de referencia, L 0 es la longitud de

referencia inicial, y L es la longitud final. La medición de la fuerza se utiliza para

calcular el esfuerzo de ingeniería, σ, utilizando la siguiente ecuación: 

Donde F es la fuerza y A es la sección transversal de la sección de medidor. La máquina hace estos cálculos a medida que aumenta la fuerza, de modo que los puntos

de datos se pueden representar gráficamente en una curva de esfuerzo-deformación

Condiciones Ambientales.Momento de medición. Temperatura Humedad relativaLlegada al laboratorio 18.6 °C 60%

Momento de realizar la prueba 18.7 °C 61%Medición realizada por la

maquina23°C 58%

Material, herramienta y equipo utilizado.Material Herramienta

Probeta de acero cold rolled maquinada específicamente para la prueba

Vernier

Extensómetro

Equipo Modelo Marca No. de serie

Prensa Hidráulica 8502 INSTRON C0285

Requerimiento de la probeta.

La porción central del tramo es usualmente, pero no siempre, de sección menor

que los extremos para provocar que el fallo ocurra en una sección donde los esfuerzos

no resulten afectados por los dispositivos de sujeción. Se define como tramo de

calibración aquel sobre el cual se toman las mediciones de alargamiento o

extensómetro.

La forma de los extremos debe de ser adecuada al material, y se ha de ajustar al

dispositivo de sujeción a emplear. Los extremos de las probetas redondas pueden ser

simples, cabeceados o roscados. La relación entre el diámetro o ancho del extremo, y,

el diámetro de la sección reducida ha de valorarse en materiales quebradizos para

evitar la rotura debida al esfuerzo axial y los esfuerzos debidos a la acción de las

mordazas.

Una probeta debe de ser simétrica con respecto a un eje longitudinal durante

toda su longitud para evitar la flexión durante la aplicación de carga.

Desarrollo.

Ilustración 1 Proceso al que se somete la probeta

Ilustración 2 Probeta montada en el equipo

Lo práctica realizada fue demostrativa y grupal, es decir, el profesor encargado

la realizo ante todo el grupo. Lo primero que se hizo fue medir con ayuda de un vernier

5 veces, en 5 diferentes puntos, el diámetro central de la probeta y se calculó el

promedio de estas mediciones. Posteriormente, utilizando un marcador permanente, se

hicieron dos marcas en la parte central de la probeta con una separación de 5cm entre

ellas, los cuales se midieron con el vernier.

Hechas estas mediciones, se prosiguió a sujetar firmemente la probeta a la

prensa

hidráulica por la

parte superior e inferior. Luego se colocó y calibro un extensómetro para ayudar a

medir la deformación (estiramiento) de la probeta.

Después de tener la probeta sujeta, y el extensómetro calibrado y en su lugar, se

realizó la prueba, la cual es automática, es decir, la prensa hidráulica la realiza sin

necesidad de intervención humana. Los datos son enviados por el extensómetro y la

prensa hidráulica a una computadora, la cual almacena los datos y realiza una gráfica

carga contra desplazamiento. La prensa hidráulica aplica una carga axial que va

aumentando con el tiempo hasta que la probeta se fractura, la cual es una fractura

dúctil - frágil. Cabe destacar que, debido a que la parte central de la probeta no estaba

completamente lisa, esta se fracturo en la parte superior de la parte central, a diferencia

de un caso ideal, en el cual dicha probeta se fracturaría en el centro de la parte central

de la probeta.

Finalizada la prueba, se remueve las dos partes de la probeta de la prensa

hidráulica y, cuidadosamente, se unen ambas partes para poder realizar mediciones

con el vernier del diámetro final, el cual es el que resulta en el lugar de la fractura, y de

la distancia final que hay entre las marcas de marcador permanente.

Esto fue todo lo hecho en lo que respecta a la práctica dentro del laboratorio, sin

embargo para el cálculo y obtención de las propiedades del material, fue necesaria la

realización de gráficas, y aplicación de diversos métodos y fórmulas. Las cosas que se

obtuvieron a partir de los datos obtenidos de la prueba son:

Diagrama de carga vs desplazamiento.

Diagrama de esfuerzo vs deformación.

Resistencia del material (σ max¿.

Esfuerzo de ruptura.

Módulo de resilencia.

Módulo de tenacidad.

Esfuerzo de cedencia.

Cálculos y resultados.Para poder realizar la práctica requerimos hacer algunas mediciones previas, las

cuales nos servirán para realizar los cálculos mostrados en este apartado.

Medición ϕ0(mm) ϕf (mm)

1 8.5 5.5

2 8.6 5.6

3 8.6 5.5

4 8.7 5.5

5 8.6 5.6

Promedio 8.6 5.55

L0=50mm

Lf=53.5mm

Las mediciones mostradas en la tabla anterior son requeridas para el cálculo del

porcentaje de reducción de área y longitud, además del cálculo de esfuerzo, y por lo

tanto son indispensables para realizar la deducción de diversas propiedades del

material a partir de esta práctica.

A partir del ensayo obtuvimos un gran número de datos, de los cuales se pueden

obtener las siguientes gráficas y propiedades del material:

Diagrama de carga vs desplazamiento:

0 1 2 3 4 5 60

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Carga vs Desplazamiento

Desplazamiento (mm)

Carg

a (k

g)

Diagrama de esfuerzo vs deformación.

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

10

20

30

40

50

60

70

80

Esfuerzo vs deformación

Deformación (mm)

Esfu

erzo

(kg/

mm

2)

Para obtener las demás propiedades hay que hacer un análisis sobre la gráfica

anterior; Lo primero que se hace es obtener la ecuación lineal de la zona elástica de la

gráfica esfuerzo vs deformación..

0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045 0.0050

10

20

30

40

50

60

f(x) = 20008.5284377322 x − 31.5097138523469R² = 0.998927071564472

Zona Elástica

Deformación (mm)

Esfu

erzo

(kg/

mm

2)

Teniendo la ecuación de dicha gráfica, se procede a seleccionar un conjunto de

datos con los cuales se grafique una ecuación equivalente a la obtenida con todos los

datos obtenidos.

CargaKg

Desplazamientomm

Deformaciónmm/mm

y=20009x-31.51

+ zona plástica(Esfuerzo kg/mm2)

CargaKg

Desplazamientomm

DeformaciónMm/mm

y=20009x-31.51+ zona plástica

(Esfuerzo kg/mm2)

40.922449 0.0805 0.00161 0.70449 3685 2.7093 0.054186 63.4381791198.2956694 0.08727 0.0017454 3.4137086 3470.5 3.2713 0.065426 59.745509264.7783001 0.09013 0.0018026 4.5582234 3208.600098 3.8505 0.07701 55.2368379325.4495121 0.09274 0.0018548 5.6026932 2889.199951 4.4336 0.088672 49.738286555.3492387 0.10263 0.0020526 9.5604734 2879.100098 4.4521 0.089042 49.5644146700.634708 0.10888 0.0021776 12.0615984 35.969002 4.7849 0.095698 0.61921519

1003.293398 0.1219 0.002438 17.271942 58.930004 4.7818 0.095636 1.014494481505.864893 0.14352 0.0028704 25.9238336 59.195004 4.786 0.09572 1.019056521742.040952 0.15368 0.0030736 29.9896624 60.390003 4.8094 0.096188 1.039628722044.699642 0.1667 0.003334 35.200006 60.788002 4.8214 0.096428 1.046480372350.380269 0.17985 0.003597 40.462373 60.124004 4.8328 0.096656 1.035049482710.455776 0.19534 0.0039068 46.6611612 60.788002 4.8448 0.096896 1.046480373001.026715 0.20784 0.0041568 51.6634112 61.451004 4.8552 0.097104 1.057894113091.917304 0.21175 0.004235 53.228115 61.849003 4.8693 0.097386 1.064745763219.071147 0.21722 0.0043444 55.4170996 60.788002 4.8755 0.09751 1.046480373209.300049 0.2182605 0.00436521 55.2488878 62.248001 4.8953 0.097906 1.07161461

3637 0.25264 0.0050528 62.6118473 61.849003 4.9047 0.098094 1.064745763838.699951 0.27556 0.0055112 66.0841615 62.115002 4.9151 0.098302 1.0693253965.300049 0.30264 0.0060528 68.2636132 62.115002 4.9203 0.098406 1.0693254150.600098 0.38832 0.0077664 71.453599 62.513004 4.9412 0.098824 1.0761767

4200 0.46176 0.0092352 72.3040305 61.982002 4.9505 0.09901 1.067035374231.800293 0.56229 0.0112458 72.8514803 63.708004 4.9787 0.099574 1.096748924289.701732 0.815 0.0163 73.8482678 63.177002 4.9776 0.099552 1.08760759

4201 1.1321 0.022642 72.3212457 63.044003 4.9985 0.09997 1.085317984033.464095 1.5996 0.031992 69.437074 62.380001 5.0151 0.100302 1.073887023859.199951 2.1402 0.042804 66.437074

En la tabla anterior se marcó de amarillo el punto donde termina la zona elástica,

de verde donde los valores de carga y esfuerzo son máximos, y de rojo donde se

presentó el esfuerzo de ruptura.

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Esfuerzo vs deformación

deformación

Esfu

erzo

(kg/

mm

2)

De la gráfica anterior es posible obtener una gran cantidad de datos, tales como:

Resistencia del material

(σ ¿¿max)¿.(σ ¿¿ ruptura)¿ Módulo de elasticidad

4289.701732 kg/mm2

4.2X1010Pa

4.2X107kpa

4.2X104Mpa

42Gpa

2889.199951 kg/mm2

2.83X1010Pa

2.83X107kpa

2.83X104Mpa

28.3Gpa

20009

También es posible obtener una gráfica equivalente de carga contra

desplazamiento.

0 1 2 3 4 5 60

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Carga vs Desplazamiento

Desplazamiento (mm)

Carg

a (k

g)

Calculo de resilencia y tenacidad

Resilencia=área bajo la curva en la zona elástica de la gráfica esfuerzo vs deformación.

Resilencia con datos prácticos.

Resilencia=bh=12

( (0.0043444−0.0015734 )mm (54.9200749−0.20794295 )mm )

Resilencia =0.0758mm2

Resilencia con datos obtenidos a partir de la ecuación equivalente.

Resilencia=12bh=1

2( (0.0043444−0.00161 )mm (55.4170996−0.70449 )mm )

Resilencia=0.0748mm2

Tenacidad=(σ ¿¿ ruptura¿¿2)2(modulo de young)

=¿¿¿¿

Tenacidad=208.5930421mm2

Resilencia Tenacidad

0.0748mm2 208.5930421mm2

Porcentaje de alargamiento

%L=L f−L0L0

X100=53.5mm−50mm50mm

X 100=7%

Porcentaje de reducción de área.

%A=A f−A0A0

X 100=(π 4.32 )−(π 2.7752)

π (4.3)2X 100=58.35%

Obtención del esfuerzo de cedencia.

Para obtener el esfuerzo de cedencia se utiliza un método gráfico, en el cual se recorre

la línea de la zona elástica 0.002 en el eje de las x, y se observa en qué punto

intersecta esta línea con la gráfica esfuerzo vs deformación, siendo esta intersección el

esfuerzo de cedencia.

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Esfuerzo de cedencia

Deformación

Esfu

erzo

(kg/

mm

2)

Haciendo un zoom se observa como hay una distancia mínima (0.002 mm) entre

las dos gráficas.

Para obtener con precisión el punto de intersección se hace un zoom al punto de

intersección de las dos gráficas.

En la gráfica se observa que el punto de intersección se presenta cuando el

esfuerzo es aproximadamente de 58kg/mm2, de lo cual se deduce que el esfuerzo de

cedencia es de 58kg/mm2.

Esfuerzo de cedencia

58kg/mm2

5.6X108Pa

5.6X105kpa

5.6X102Mpa

0.56Gpa