presentación utn traccion 2012

7/25/2019 Presentacin UTN Traccion 2012

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Ing. Diego FERNANDEZ MORENO 1

MEDICIONES Y ENSAYOS INDUSTRIALESrea Mecnica y Resistencia de Materiales TRACCIN

ENSAYO DE TRACCIN

TENSION TESTING


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Generalidades

Los materiales con que se construyen las piezas de los equipos de produccin y losartculos de consumo deben satisfacer distintos tipos de exigencias funcionales, sin quelos esfuerzos mecnicos presentes produzcan la rotura o deformacin excesiva de losmismos. En muchos casos la magnitud de estas solicitaciones hacen que la capacidaddel material de resistir esfuerzos importantes sin grandes deformaciones pase a ser laprincipal exigencia, y, por ende el factor decisivo en la seleccin del material a utilizar.

De los ensayos que se realizan con el objeto de estudiar el comportamiento delmaterial a medida que aumenta el esfuerzo aplicado, el ms importante es el detraccin esttica, el que consiste en aplicar en forma lentamente creciente, a una piezaprismtica de eje recto, dos fuerzas en la direccin del eje que tienden a separar lassecciones transversales hasta llegar a la rotura.

En las mquinas de ensayos se efecta la aplicacin de las fuerzas o cargas en losextremos de la muestra o probeta, mediante dispositivos de sujecin que los fijanrgidamente a los cabezales, uno de los cuales permanece inmvil durante el ensayo, yel otro se aleja del anterior provocando as la deformacin de la probeta, y filialmente,la rotura.


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Tensiones en las probetas:

Los dispositivos de sujecin mediante los cuales se materializa la unin entre laprobeta y los cabezales hacen que la carga se transmita a la probeta segn un sistemade fuerzas distribuidas, en general bastante complejo. Si el ensayo se realizacorrectamente, la resultante del sistema de fuerzas aplicadas es para cada cabezal unafuerza en la direccin del eje de la probeta, por lo que, aplicando el principio de SaintVenant: "dos distribuciones de carga diferentes pero de igual resultante que actesobre una pequea parte de un slido elstico producen el mismo estado tensional,salvo en los puntos prximos a la zona de aplicacin de la carga, las tensiones que seproducen en los puntos alejados de los cabezales sern los correspondientes al estadode traccin pura. En consecuencia podremos dividir a la probeta en 3 zonas sometidasa distintos tipos de estados tensionales:


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Este echo tiene una serie de consecuencias importantes:

a) la probeta no debe ser muy corta para que exista una zona de traccin pura,

b) la rotura debe producirse en la zona I para que los resultados obtenidos seanrepresentativos del comportamiento del material a la traccin,

c) si se desea conocer la deformacin del material, por ejemplo el alargamiento en el

sentido longitudinal, durante o al finalizar el ensayo, los puntos sobre los cuales seefecta la medicin deben pertenecer a la zona central.


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Tipos de ensayos:

segn la informacin que se desea obtener en ellos se los clasificara en:

a) de verificacin o control: donde solo interesa comprobar que la muestra y porconsiguiente la partida de la cual se la ha extrado cumplen con las exigenciasimpuestas por los diseadores, ya sea a travs de las especificaciones de compra o

por los resultados mnimos esperados de los tratamientos trmicos o mecnicosdel material durante el proceso de fabricacin;

b) de investigacin: donde se desea determinar las propiedades mecnicas deresistencia y deformacin del material con el fin de reunir los datos necesarios parapoder decidir acerca de eventuales usos y adems como base de los clculos de lasdimensiones de las piezas en que se lo empleara.


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Segn el tipo de ensayo obtendremos y utilizaremos distinta cantidad de informacin

en un ensayo de traccin, pudiendo considerarse como casos limites algunos ensayosde verificacin donde se determina un solo valor (generalmente la carga mxima o elalargamiento de rotura), y los ensayos de investigacin donde su realiza un estudiocompleto mediante todas las fuentes de informacin (diagrama de ensayo, lectura delos instrumentos, dimensiones de la probeta rota, aspecto de la zona de fractura)provenientes del ensayo.


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Probetas

Se denominara as al trozo de material a ensayar y se las clasificara en:

a) Industriales, y

b) normalizadas.

Las probetas industriales pueden tener cualquier forma pudiendo ser incluso la mismapieza en estudio; solo se utilizan en los ensayos de verificacin.


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Las probetas normalizadas se caracterizan por tener sus dimensiones principales

establecidas en normas de nivel nacional (IRAM, ASTM, DIN, UNE, AFNOR, BS, etc.) ointernacional (ISO, COPANT, etc.) y son las nicas que se utilizan en los ensayos deinvestigacin y tambin para los ensayos de verificacin en casos crticos o de granimportancia econmica.

Aunque existe una gran diversidad de tipos de probetas normalizadas, estas presentan,generalmente ciertas caractersticas comunes:

a) las zonas donde se efectuara la sujecin (cabezas) son de mayor seccin que laparte central para evitar que la rotura se produzca en dicha zona donde sabemosque existe un estado de tensiones complejo (zona III);

b) la transicin entre las cabezas y la parte central se realiza por medio de una curva

suave (zona de empalme o cuello: II b) ;

c) una parte central de forma y dimensiones uniformes (zona calibrada) donde secolocarn las marcas de referencia, que luego servirn para determinar elalargamiento de rotura, y el extensmetro (instrumento para medir con exactitudmuy pequeas deformaciones), en el caso de que se lo utilice.


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La zona inmediata a la finalizacin del cuello (II a), de longitud del orden del dimetro o

ancho de la zona calibrada, no esta sometida a traccin pura por lo que las marcas dereferencia y los puntos de fijacin del extensmetro a la probeta deben estar fuera deesta zona o sea debe colocrselos en la zona I.


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Diagrama de ensayo

Es el grfico, en coordenadas cartesianas, de la carga aplicada en funcin delalargamiento de la probeta.

De acuerdo a las caractersticas de la mquina de ensayo utilizada podremos obtenerdos tipos de diagramas:

a) carga (P) en funcin de la separacin entre los cabezales fijo y mvil (u) o

b) carga (P) en funcin de la deformacin entre dos puntos de la zona central (l).


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En el primer caso la deformacin registrada (u) incluir la producida en la zona de

traccin no pura (II) y la separacin entre cabezales sin deformacin, ya sea porresbalamiento de la probeta en los dispositivos de sujecin o por deformacin deestos, por lo que la grfica resultante P-u no constituye una cabal representacin delas propiedades del material a la traccin, pese a lo cual es utilizado muyfrecuentemente por la simplicidad del sistema de registro de u, por ser los valores decarga ledos correctos y por la utilidad de la forma de la curva carga-deformacin,cuidando de obtenerlas siempre en condiciones de ensayo similares.

En cambio para el diagrama P-l las deformaciones ledas en el diagrama son realespues son obtenidas por un extensmetro colocado en la zona de la probeta sometida atraccin pura. Por consiguiente el diagrama P-l refleja en forma ms directa elcomportamiento del material bajo este tipo de solicitacin por lo que la tendenciaactual es construir mquinas de ensayo equipadas de modo tal que permitan obtener

diagramas de este tipo.


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Sin embargo nunca hay que perder de vista que cualquiera sea el tipo de diagrama

obtenido en la mquina de ensayo siempre son representaciones convencionales de larespuesta del material a los esfuerzos de traccin, principalmente por dos razones:

a) la carga que soporta la probeta y las deformaciones que estas producen sonfuncin de las dimensiones de la probeta y

b) la forma en que se controla la velocidad de ensayo modifica el trazado.

Solo podremos utilizar los diagramas de ensayo como representativos delcomportamiento del material a la traccin si:

a) se obtienen todos en mquinas de las mismas caractersticas;

b) son del tipo P-l;

c) se convierten los valores de ensayo en valores independientes de las dimensionesde la probeta (-) mediante simples cambios de escala pues = P/So y =Al/lesiendo So y le, respectivamente la seccin inicial y la longitud de medicin delextensmetro.


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Por ltimo debemos destacar que en todo diagrama de ensayo hay que indicar,

claramente y con unidades, las escalas. En el caso del diagrama P-u basta indicar laescala de carga que se obtiene dividiendo el alcance de trabajo por el desplazamientomximo del mecanismo de registro; cuando se trata de un diagrama P-l deberagregarse la escala de alargamiento que se obtiene dividiendo la deformacin a fondode escala del extensmetro por el desplazamiento mximo correspondiente en elgraficador. Conociendo las escalas se podr determinar en cualquier punto deldiagrama la carga o el alargamiento simplemente multiplicando la ordenada o laabscisa por la correspondiente escala, que siempre deber figurar en el mismo papelen que se ha trazado el diagrama.


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Utilizaremos el siguiente diagrama de ensayo correspondiente a un acero dulce para

mostrar las distintas fases de ensayo y los puntos caractersticos que los determinan.


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Comenzaremos por ver como se determinan los puntos caractersticos de este

diagrama:

A. se traza una recta auxiliar que coincide con la zona inicial de la curva de ensayo (O).El punto donde esta recta auxiliar se separa de la curva y que marca la finalizacinde la proporcionalidad entre cargas y deformaciones recibe el nombre de lmite deproporcionalidad (recta de Hooke);

B. el punto donde comienza a producirse deformacin sin aumento de la carga o quese produce una cada de la carga se denomina limite de inicio de fluencia que porcoincidir frecuentemente con el mayor valor de carga registrado en la zonaoscilante tambin se denomina lmite de fluencia superior o inicial;

C. el menor valor de carga registrado en la zona oscilante se denomina lmite defluencia inferior o final;

D. el mayor valor de carga registrado en el ensayo se denomina punto de cargamxima;

E. el punto del diagrama correspondiente a la rotura de la probeta y finalizacin delensayo se denomina punto de rotura.


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El material presenta a lo largo del ensayo, tal como se aprecia en el diagrama, distintos

comportamientos, por lo que podremos dividir el ensayo en fases que describiremos:

1. Zona proporcional o elstica: se extiende desde el origen al lmite deproporcionalidad. En ella la deformacin es:

a) uniforme, o sea que se distribuye parejamente a lo largo de la zona de traccinpura, por lo que el valor registrado ser proporcional a la longitud de medicin del

extensmetro le;

b) elstica, o sea que si retiramos la carga desaparece totalmente;

c) pequeas, no superando en general el 1% de le;

d) proporcionales a las cargas, o sea que si, por ejemplo, se duplica la cargatambin, lo hacen las deformaciones (ley de Hooke).


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2. Zona intermedia o de alargamientos seudoelsticos: se extiende entre el limite de

proporcionalidad y el comienzo de fluencia. En ella la deformacin continua siendouniforme y pequea pero ya no es ms proporcional y elstica, siendo la relacinentre tensiones y deformaciones bastante compleja.

3. Zona de fluencia o escurrimiento: se caracteriza por iniciarse con un rpidodescenso de la carga, luego esta flucta alrededor del lmite inferior de fluenciamientras la probeta sufre deformaciones relativamente importantes y termina

cuando se observa nuevamente la necesidad de una mayor carga para un aumentoadicional de la deformacin. En esta fase del ensayo la deformacin no es uniformey la fluencia comienza con la aparicin de una o varias bandas discretas, visiblesfrecuentemente a simple vista en probetas con cascarilla o pulidas, inclinadasrespecto al eje aproximadamente a 45, donde se concentra la deformacin. Estasbandas llamadas de Luders, se propagan mientras la carga permanece casiconstante y cuando cubren toda la probeta concluye la fluencia. Es un fenmenocaracterstico de los aceros de bajo carbono, del titanio y de las aleaciones denquel.


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Rimmed 1008 steel with Ldersbands on the surface as a result ofstretching the sheet just beyondthe yield point during forming


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4. Zona de plasticidad o de alargamientos homogneos en toda la probeta: seextiende desde el fin de fluencia hasta la carga mxima. Se Caracteriza porpresentar deformaciones, importantes y uniformemente distribuidas a lo largo dela probeta, las que podran considerarse compuestas por dos componentes: unaelstica e, que desaparece al retirar la carga y para la cual sigue cumplindose laley de Hooke, o sea e = /E, y una componente permanente p cuya relacin con latensin es compleja. Es decir, que en esta zona:

= e+p con e = /E

5. Zona de estriccin: se extiende desde la carga mxima hasta la rotura. Elalargamiento es no uniforme y se concentra en cierta parte de la probeta, donde seforma un estrechamiento de la seccin (cuello) que va aumentando hasta llegar a larotura, generalmente en forma brusca, aunque en ciertos metales muy dctiles,como el oro y el plomo, el cuello puede estirarse y estrangularse hasta un punto

antes de romperse.

Hemos estudiado el diagrama de un acero dulce, no tanto por la importancia practicade este material, sino por presentar todos los tipos de comportamiento usuales en losmetales, siendo muy frecuente encontrar diagramas de ensayo en que falten una oms de las zonas antes descriptas.


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Propiedades mecnicas

son un conjunto de valores numricos que definen el comportamiento del materialsometido a cargas estticas de traccin. Se pueden clasificar en propiedades mecnicasde deformacin y de resistencia.

a) de resistencia: son tensiones mecnicas () que se obtienen dividiendo las cargas(P), que en la probeta ensayada producen cierto comportamiento del material, por

la seccin inicial de la probeta (S0). Estas tensiones se expresan en distintasunidades por lo que ser importante conocer las mas comunes y las equivalenciasaproximadas entre ellas.


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Vamos ahora definir las propiedades mecnicas ms utilizadas en la prctica y dar

una idea de su uso.

Tensin al limite de proporcionalidad (p):

Es el limite de la zona donde se verifica la ley de Hooke ( = .E), y se define como elcociente de la carga al limite de proporcionalidad (Pp) por la seccin inicial, es decir:

p = Pp / S0

El valor de p no puede ser considerado en realidad una propiedad del material puesdepende de la sensibilidad con que se registran las deformaciones, por lo que solo selo determina en ensayos de verificacin y en condiciones de ensayo preestablecidas.


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Tensin al limite de fluencia (f):

Puede considerarse como el comienzo de las grandes deformaciones y existe ciertaincertidumbre acerca de cual de las tensiones de la zona de fluencia se tomara comorepresentativa. Nosotros utilizaremos el limite de fluencia inferior, pese a ser de msdifcil determinacin, pues depende en mucho menor grado que el limite de fluenciasuperior, de ciertos factores experimentales (tipo de maquina, alineacin de laprobeta, velocidad de carga). En consecuencia la tensin al limite de fluencia ser el

cociente de la carga mnima en la zona de fluencia Pfpor la seccin inicial de laprobeta.

f= Pf/ S0


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Tensin al limite convencional:

Reemplaza al limite de fluencia en los materiales que no presentan este tipo decomportamiento y se la considera como la tensin a partir de la cual la deformacin esexcesiva e inaceptable a los fines prcticos.Para la mayora de los materiales metlicos se define como la tensin capaz deproducir una deformacin permanente del 0,2 % de la longitud inicial.

0,2 = P0,2 / S0


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Para las aleaciones de cobre, y en general para los materiales dctiles sin zona

proporcional definida, se acepta como lmite convencional la tensin capaz de produciruna deformacin total (permanente mas elstica) del 0,5 % de la longitud inicial. Esdecir:

0,5 = P0,5 / S0


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Para determinar estos limites es necesario emplear extensmetros para poder medir

con la exactitud requerida las deformaciones y as, como en el laboratorio de UTNFRBA la maquina de ensayo, solo puede realizar el diagrama Pu ser necesarioemplear para determinar el limite convencional el instrumental y mtodos queveremos en extensometra.


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Tensin mxima o Resistencia esttica a la traccin:

Determina la capacidad mxima del material para resistir tensiones estticas detraccin, pero con deformaciones que para los materiales dctiles son en generalinaceptables.Se define como el cociente entre la carga mxima, obtenida en el registrador de cargamxima de ensayo (aguja conducida o display digital), y la seccin inicial, es decir:

ET = Pmax / S0

Es un valor que se calcula en casi todos los ensayos de investigacin y en la mayora delos ensayos de verificacin, pues en los materiales frgiles se utiliza como parmetrobsico de diseo, y en los dctiles, aunque desempee ese papel el 0,2, es importante

conocer ET para definir la diferencia ET 0,2 un margen de seguridad adicional frentea las sobrecargas extraordinarias.


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b) de deformacin: indican la ductilidad del material; las que mas se utilizan son:

Alargamiento de rotura ()

Permite tener una idea de la capacidad del material para soportar concentracin detensiones y esfuerzos dinmicos as como de la conformabilidad en los procesos deproduccin (forjado, laminado, estampado, etc.). Se define mediante la expresin:

= (lf l0) / l0

donde l0 es la longitud inicia entre las marcas de referencia y Ifla longitud finalcorrespondiente.

Dado que en la longitud final influir tanto la deformacin uniforme de la zona plsticacomo la localizada de la zona de estriccin el valor de , como veremos al estudiar laley de semejanza, depender de la relacin l0/de, siendo de el dimetro equivalente dela seccion transversal de la probeta.


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Estriccin ()

Tiene un uso similar al alargamiento de rotura aunque es un parmetro ms sensible ala estructura del material y puede ser utilizado como indicador de calidad. Unadisminucin en el valor de la estriccin, por debajo de un nivel que la experiencia hasealado como indicativo de un buen comportamiento en servicio, es una advertenciade que la calidad es deficiente.Se define como:

= (S0 Sf) / S0

donde S0 es la seccin inicial y Sf la seccin final que debe determinarse en el cuello deIa probeta (zona de menor rea transversal) en la forma que se indica en la siguientefigura, para las probetas de seccin inicial circular y rectangular.


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DETERMINACION DE LA SECCION DE ROTURA


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DETERMINACIONES A EFECTUAR EN UN ENSAYO DE TRACCION ESTATICA

PROPIEDADES MECANICAS DE RESISTENCIA

Resistencia Esttica a la Traccin

Tensin al Limite de Fluencia

Tensin al Limite Convencional 0,2

Tensin al Limite Convencional 0,5

PROPIEDADES MECANICAS DE DEFORMABILIDAD

Alargamiento de Rotura

Estriccin


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Fractura

Los metales pueden presentar muchos tipos diferentes de fracturas dependiendo delmaterial, temperatura, estado de tensin y velocidad de carga. Las fracturas se puedendividir en dos tipos fundamentales: dctil y frgil. La figura ilustra esquemticamentealgunos de los tipos de fracturas que pueden ocurrir en los metales sometidos atraccin.


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Las fracturas frgiles (fig. 6a) se caracterizan por una separacin normal a la tensin de

traccin, casi sin deformacin, pero por difraccin de rayos X es posible detectar unafina capa de metal deformado en la superficie de fractura. Se han observado fracturasfrgiles en los metales de estructura cbica centrada en el cuerpo (cc) y hexagonalcompacta (hc), pero no en los metales que cristalizan en el sistema cubico centrado enlas caras (ccc), a no ser que existan factores que contribuyan a la fragilizacin de loslimites de grano.

Las fracturas dctiles adoptan formas diferentes. Las probetas de metales muy dctiles,como el oro o el plomo, pueden realmente estirarse y estrangularse hasta un puntoantes de romperse (fig. 6b). En la fractura en traccin de metales moderadamentedctiles la deformacin plstica produce una estrangulacin o zona de estriccin local(fig. 6c). La fractura comienza en el centro de la probeta y Juego se extiende por unaseparacin de cizalladura a lo largo de la lnea de trazos de la fig. 6c. El resultado es la

familiar fractura en forma de "copa y cono".


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Aceros dctiles Aceros frgiles


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Las fracturas se clasifican de acuerdo con caractersticas diferentes tales como la

deformacin de fractura, la forma cristalogrfica y aspecto de la misma.

Resumen de los trminos comnmente utilizados para describir las fracturas:


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Las fracturas por cizallamiento se producen como resultado de deslizamientos en elplano activo. Este tipo de fractura es provocado por tensiones tangenciales. El modo de

fractura por despegue esta controlado por tensiones de traccin que actannormalmente al plano de despegue. El aspecto, a pequeos aumentos, de una fracturaproducida por cizallamiento, es: gris y fibrosa, mientras que el de una fractura pordespegue es brillante y granular, debido a la reflexin de la luz sobre las superficieslisas de despegue. Las superficies de fracturas estn compuestas frecuentemente deuna mezcla de fractura fibrosa y granular y es costumbre hacer mencin del porcentaje

del rea superficial representada por cada una de estas categoras.

Basndose en el examen metalogrfico, las fracturas se clasifican en transgranulares (lagrieta se propaga a travs de los granos) o intergranulares (la grieta se propaga a lolargo de los lmites de grano).Las fracturas dctiles son las que presentan un grado considerable de deformacin. Ellimite entre una fractura dctil y otra frgil es arbitrario y depende de la situacin quese esta considerando. As por ejemplo, las fundiciones nodulares son dctiles cuandose comparan con las fundiciones grises ordinarias; sin embargo, se consideran frgilescuando se las compara con el acero dulce. Otro ejemplo es el de una probeta detraccin profundamente entallada donde la rotura se produce con poca deformacinmacroscpica pero puede ocurrir por cizallamiento.


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Valores tpicos: estudiaremos el comportamiento a la traccin de dos tipos de

aleaciones ferrosas, de gran importancia en la industria para adquirir una idea de losvalores a encontrar en la practica.

Aceros al carbono laminados en caliente (hot rolled): presentan el menor costo entrelos aceros y son ampliamente usados, en especial aquellos de bajo carbono (menorque 0,25 %) debido a sus mejores propiedades de plasticidad. Veamos ahora elcomportamiento a la traccin de estos aceros mediante el estudio de los tres aspectos

antes analizados: diagrama de ensayo, propiedades mecnicas y fractura.


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a) Diagrama: en la siguiente figura se handibujado superpuestos los diagramas de variosaceros de este tipo.


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b) propiedades mecnicas: en la siguiente tabla se da, para algunos aceros de este tipo,los valores mnimos estimados de las propiedades mecnicas y de la dureza Brinell (HB)tomados del "1960 SAE Handbook"


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y en base a la misma fuente en el Metals Handbook vol. 1(1961) se presenta elsiguiente diagrama de variacin de las propiedades de mayor inters en funcin delcontenido de carbono en estos aceros.


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c) fractura: es del tipo copa y cono para los de bajo % de C, y al aumentar ste setiende a la fractura normal al eje, tpica de los materiales frgiles.


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Fundicin gris: es el ms econmico de los metales fundidos y aunque sus propiedadesmecnicas de deformacin son muy pobres presenta una resistencia muchos vecesaceptable, y su capacidad de amortiguar las vibraciones, colabilidad, maquinabilldad,muy buena resistencia a la compresin y buena resistencia al desgaste la hacenadecuada en muchos casos. Las fundiciones grises se clasifican por su resistencia a latraccin, no siendo en general parte de las especificaciones la composicin qumica, adiferencia de los aceros antes vistos.


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Dado que las fundiciones grises no sufren deformaciones apreciables hasta la rotura noes frecuente obtener el diagrama carga-deformacin, ni marcar la probeta,determinndose en el ensayo nicamente la carga mxima. La tabla siguiente da laresistencia y dureza para piezas de espesor de 1 a 2 pulgadas de distintas clases defundicin gris. (Metals Handbook Vol .1).

Fractura: tpica de metal frgil, es decir, brillante y normal al eje sin seales visibles dealargamiento de la probeta.


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DIAGRAMA DE TENSIONES

CONVENCIONAL

REAL


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Comparison ofengineering andtrue stress-true

strain curves


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Ley de semejanzaSe ha comprobado experimentalmente que para que puedan compararse losalargamientos de rotura de 2 probetas es necesario la semejanza geomtrica de laszonas de medicin o sea que la relacin entre la longitud inicial (l0) y el dimetroequivalente (de) sea la misma para ambas probetas. Este valor (K) lo fijan las normas deensayo, siendo los mas usados:


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Es decir que la longitud inicial la calcularemos a partir del dimetro equivalente, que esel dimetro de un circulo que tiene una superficie igual a la inicial de la probeta (S

0),

mediante la expresin:

l0 = K. de

Para las secciones cilndricas es obvio que de = d0 por lo que

l0 = K. d0

Y para las restantes formas de la seccin transversal

. de2/4 = S0 de

2 = 4. S0/ de = 2. S01/2/ -1/2 = 1,128. S0

1/2


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Dado que los valores del alargamiento de rotura obtenidos con distinta constante (K)no son comparables es necesario muchas veces convertir el valor obtenido con ciertaconstante K1 en el correspondiente al mismo material con otra constante K2.

Para ello se ha estudiado la forma en que se distribuye la deformacin a lo largo de laprobeta, rota, dividiendo antes del ensayo la zona calibrada en un nmero grande departes 8, 10, 20 o ms), y tomando la longitud de cada parte luego de la rotura parapoder calcular as la deformacin especfica de cada zona (variacin de longitud,

dividida por la longitud inicial de cada parte).


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Se ha comprobado as que si graficamos la deformacin especifica de cada zona enfuncin de su posicin en la zona calibrada so obtendr un diagrama, que cuantomayor es el nmero de portes mas se aproxima al siguiente:


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El valor del alargamiento de rotura es, por definicin, el alargamiento relativo delmaterial en una zona, de longitud inicial K.d

e

, que tericamente debera tener supunto medio en el plano de la fractura. Es decir que en el grafico esta dado por el valormedio de , entre las abscisas que distan l0 /2 del punto de fractura, pudiendoobservarse que cuanto menor es K y por lo tanto I0, mayor ser el valor medio y porconsiguiente ya que es mayor el peso relativo de la zona de altas deformaciones (elmximo de la curva de para metales dctiles puede llegar al 100 %) por lo que:

4do > 5do > 10do


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Determinacin del alargamiento de rotura: podemos dividirla en las siguientes etapas:

1) calcula de l0;

2) marcado de la probeta;

3) medicin de lfen la probeta rota y

4) clculo de .

1) una vez medido el dimetro inicial, o para probetas de seccin transversal no

circular calculando el dimetro equivalente, se determina l0 a partir de la ley desemejanza con el valor de K dado por la norma utilizada en el ensayo.


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2) Se definirn uno o varios segmentos de longitud l0 en la probeta marcando, enforma indeleble, los extremos de dichos segmentos mediante trazos (con tintaespecial o punta de trazar) o puntos (punto de marcar) situados sobre unageneratriz si la probeta es cilndrica o en una cara si es plana. Tratndose deensayos de control cada marca definir el extremo de uno o dos de esossegmentos, los que cubrirn toda la longitud de la probeta fuera de mordazas siesta es industrial, o solo la zona calibrada si se trata de probetas normalizadas. Encambio en ensayos de investigacin cada una de las longitudes iniciales definidas

en la zona calibrada se divide en cierto nmero de partes N generalmente 3, 4, 5, 8,10 o 20.


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3) para la medicin de la longitud final se usaran distintos procedimientos segn seael tipo de ensayo por lo que estudiaremos separadamente los dos casos quepueden presentarse:

a) ensayos de control: se juntan con cuidado los trozos de la probeta rota y semide la longitud final entre las marcas en que se haya producido la rotura y sihay varios pares de puntos que cumplan tal condicin se miden las distancias

correspondientes a cada par y se adopta como longitud final el mayor de losvalores as obtenidos. En general el plano de fractura no se encuentra en lamitad de la zona donde medimos If, por lo que el valor del alargamiento derotura a calcular no coincidir con el que se obtendra en un ensayo deinvestigacin para el mismo material. Es por este motivo que las normasestablecen: "si la fractura en el segmento tomado para determinar Ifseencuentra fuera de la zona central del mismo (el tercio medio para IRAM o lamitad segn ASTM), el valor del alargamiento de rotura obtenido puede noser representativo del material y debe indicarse en el informe talcircunstancia, pero solo se repetir el ensayo si no satisface los requerimientosmnimos especificados para .

MEDICIONES Y ENSAYOS INDUSTRIALES


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b) ensayos de laboratorio o de investigacin:

Se supone que la fractura se produce en el centro de la probeta, caso ideal, oen un punto muy prximo a l.

Se acepta que el metal experimenta iguales deformaciones a ambos lados dela rotura.



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4) Conociendo la longitud final para calcular el alargamiento de rotura basta aplicar laexpresin que define :

= (lf l0) / l0



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MAQUINAS DE ENSAYOS



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Little-Gianthand-cranked tensile tester of

Tinius Olsen, circa 1900

MEDICIONES Y ENSAYOS INDUSTRIALESTRACCIN


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Components of anelectromechanical (screw-driven)testing machine.



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Schematic of a basic servohydraulic, closed-loop testing machine



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rea Mecnica y Resistencia de Materiales TRACCIN

Servohydraulic testingmachine and load frame witha dedicated microprocessor-based controller



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EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LAS PROPIEDADES DE TRACCION

Una caracterstica importante de la resistencia mecnica a temperaturas elevadas esque siempre se debe relacionar con una escala de tiempos. Las propiedades detraccin a la temperatura ambiente de la mayora de los metales empleados eningeniera es independiente del tiempo para todos los fines prcticos, ya que losresultados son prcticamente los mismos si el ensayo se efecta en 3 minutos o en 3horas. En cambio, a temperaturas elevadas, la resistencia mecnica depende mucho de

la velocidad de carga y del tiempo de exposicin a dichas temperaturas; as, porejemplo, un metal sujeto a una carga de traccin constante fluye lentamente (creep) ysufre un aumento de longitud que es funcin del tiempo.



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Dada la influencia del factor tiempo se realizan diversos tipos de ensayos para medir laresistencia mecnica a temperaturas elevadas:

1) Ensayos de traccin a temperatura elevada (ASTM E21);

2) Ensayos de fluencia lenta o diferida (creep) (ASTM E139);

3) Ensayos de rotura por fluencia lenta (ASTM E139);

4) Ensayos a alta temperatura especiales.

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1) Traccin a temperatura elevada (ASTM E21): en el que se lleva la probeta a Iatemperatura de ensayo, se la mantiene sin tensin a esa temperatura un cierto

tiempo (en general no menor de 20 minutos) para asegurar que se ha alcanzado elequilibrio trmico y que toda la zona central de la probeta se encuentra a latemperatura de ensayo, y luego se aplica una carga creciente, hasta llegar a larotura, en forma lo suficientemente lenta como para considerar al ensayo comoequivalente al de traccin esttica (se establece en general 3 minutos como tiempomnimo de la etapa de carga creciente en el ensayo).

En resumen se asemeja a un ensayo de traccin comn, excepto en lasprecauciones que impone la alta temperatura a que trabaja la probeta.

Este tipo de ensayo puede proporcionar informacin til sobre el comportamientode un objeto cuya duracin o vida en servicio es corta, por ejemplo una ojiva demisil o el motor de un cohete, pero los resultados no son aplicables para predecir elcomportamiento en servicio de una tubera de vapor a la que se exige que soporte100.000 horas a temperatura elevada. Pese a ello, puede servir como ensayo decontrolo verificacin de los materiales que han de utilizarse a alta temperatura ydurante una vida til prolongada cuando se lo complementa con ensayos qumicosy metalogrficos.

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En cuanto a los resultados de este ensayo podemos sealar que, en general, laresistencia mecnica disminuye y la ductilidad aumenta al incrementarse la

temperatura de ensayo. Sin embargo, por encima de ciertas temperaturas puedenproducirse cambios estructurales, tales como la precipitacin de fases, elenvejecimiento por deformacin o la recristalizacin, que alteren este comportamientogeneral.

La figura siguiente muestra esquemticamente el cambio sufrido en la curva tensiones-

deformaciones, correspondientes al acero de bajo carbono, a causa de las distintastemperaturas.


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A typical high-temperaturemechanical testing system

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rea Mecnica y Resistencia de Materiales

Environmental chamberfor elevated-emperaturemechanical testing



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Split furnace forhigh-temperaturemechanical testing



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Induction-heating furnace forhigh-temperaturemechanical testing



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2) Ensayo de fluencia lenta o diferida (creep) (norma ASTM E139): en el se mide elaumento de deformacin, a carga constante, a lo largo del tiempo. La curva tpica

que se obtiene en estos ensayos es la siguiente:

Siendo el parmetromas importante que se

obtiene en ellos lavelocidad mnima defluencia lenta que,como se observa, es lavelocidad dedeformacin en la zonasecundara.



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La figura muestra el efecto de la variacin de la tensin aplicada sobre las curvasobtenidas, para un mismo material y a igual temperatura. Se. observa claramente que

una curva de fluencia lenta con tres etapas bien definidas solo se encontrara, bajociertas condiciones de tensin y temperatura.



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Normalmente al estudiar un material se hacen ensayos de fluencia lenta a distintostensiones pero lo suficientemente bajas, como para que no se llegue a la etapa de

fluencia terciaria en la duracin especificada para el ensayo de 1.000 h(42 das) a10.000 h (1 ao y 2 meses).

Suele caracterizarse el comportamiento del material al creep mediante la tensin queproduce una velocidad mnima de fluencia de 1 x 10-6 /hora que corresponde a unalargamiento del 1 % en 100.000 horas (aprox. 11 aos y medio).

Dado que para efectuar los ensayos de creep se necesita una mquina de ensayoespecial, extensmetros de gran sensibilidad y a la necesidad de que el ensayo seprolongue durante largo tiempo solo se realizan en laboratorios dedicados al tema oen aquellos muy bien equipados.



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y



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y

1) Ensayos de rotura por fluencia lenta (norma ASTM E139): es similar al de creeppero por emplearse cargas ms elevadas se llega a la rotura del material. Si durante

el ensayo se miden las deformaciones hasta la rotura y el tiempo de duracin delensayo, se lo denomina, en EEUU, "creep-rupture test", y si solo se mide el tiempo,"stress-rupture test". El equipo necesario para realizar estos ensayos es mas fcil demontar, conservar y manejar que el necesario para los ensayos de fluencia lenta yadems los extensmetros o son ms sencillos (creep-rupture test"), pues debenmedir deformaciones grandes, del orden del 50 %, o directamente no existen

("stress-rupture test"). Las ventajas anteriores, juntamente con el menor tiempoque demanda este tipo de ensayo, en general inferior a 1 000 h hacen, que su costosea mucho menor que los de creep, por lo que se realizan con bastante frecuencia.Sin embargo la utilizacin directa de los valores obtenidos en el diseo solo puederealizarse cuando, o solo interesa prevenir la rotura tolerandose la deformacin porfluencia lenta, o se posee un gran conocimiento del material para poder predecir apartir de los valores obtenidos el comportamiento a tensiones menores y para un

tiempo de servicio mucho mayor. Los resultados del estudio de un materialmediante un conjunto de ensayos de este tipo suele presentarse en graficossimilares al de la figura.



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4) Ensayos a alta temperatura especiales: difieren de los antes descriptos en que serealizan con mayores velocidades el calentamiento o deformacin (normas ASTM

E150 y ASTM E151), o con probetas entalladas (norma ASTM E292).



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BIBLIOGRAFA TRACCIN:

T.P. N 1 TRACCION CEIT FRBA,

ASM Handbook, Mechanical Testing and Evaluation, Volumen 8,

LABORATORIO DE ENSAYOS INDUSTRIALES Gonzales Arias (Ediciones Litenia),

ASTM E8 Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials,

http://www.steeluniversity.org

presentación utn traccion 2012

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