TENSION - ENSAYO

ENSAYO DE TENSION

INTRODUCCIÓN

En el proceso de formación de un Ingeniero Industrial/mecanico, es muy importante el conocimiento de la Ciencia de los Materiales, ya que esta proporciona las herramientas necesarias para comprender el comportamiento general de cualquier material, lo cual es necesario a la hora de desarrollar adecuadamente diseños de componentes, sistemas y procesos que sean confiables y económicos. Este ensayo a tension es realizado con el fin de conocer ciertas propiedades mecánicas, como la ductilidad, rigidez y resistencia, de varios materiales al ser sometidos a una fuerza de tensión ejercida gradualmente por una prensa. De igual forma, también tiene por objetivo desarrollar habilidades para manejar los instrumentos requeridos en la práctica.

GENERALIDADES DEL ENSAYO DE TENSIÓN

Este ensayo es utilizado para medir la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Esta prueba consiste en alargar una probeta de ensayo por fuerza de tensión, ejercida gradualmente, con el fin de conocer ciertas propiedades mecánicas de materiales en general: su resistencia, rigidez y ductilidad. Sabiendo que los resultados del ensayo para un material dado son aplicables a todo tamaño y formas de muestra, se ha establecido una prueba en la cual se aplica una fuerza de tensión sobre una probeta de forma cilíndrica y tamaño normalizado, que se maneja universalmente entre los ingenieros. Este ensayo se lleva a cabo a temperatura ambiente entre 10ºC y 35ºC. A continuación se presenta un dispositivo utilizado para realizar este tipo de ensayos (Ver Figura

No. 1).

COMPORTAMIENTO DE LOS DISTINTOS MATERIALES FRENTE AL ENSAYO

El comportamiento de los distintos materiales frente al ensayo se encuentra ilustrado en la siguiente grafica. La figura No. 2 muestra en forma cualitativa las curvas de esfuerzo-deformación unitaria normales para un metal, un material termoplástico, un elastómero y un cerámico. En esta figura, las escalas son cualitativas y distintas para cada material. En la práctica, las magnitudes reales de los esfuerzos y las deformaciones pueden ser muy distintas entre sí. Se supone que el material plástico esta arriba de su temperatura de transformación vítrea (Tg), mientras que los materiales metálicos y termoplásticos muestran una región inicial elástica, seguida por una región plástica no lineal. También se incluye una curva aparte para los elastómeros (es decir, hules o siliconas), ya que el comportamiento de esos materiales es distinto del de otros materiales poliméricos. Para los elastómeros, una gran parte de la deformación es elástica y no lineal. Por otra parte los cerámicos y los vidrios solo muestran una región elástica lineal y casi nunca muestran deformación plástica a temperatura ambiente. (Ver figura No. 2)

LA DUCTILIDAD

La ductilidad es el grado de deformación que puede soportar un material sin romperse. Se mide por la relación de la longitud original de la probeta entre marcas calibradas antes (lo) y después del ensayo (lf).

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN INGENIERILES

Los resultados de un solo ensayo se aplican a todos los tamaños y secciones transversales de especimenes de determinado material, siempre que se convierta la fuerza en esfuerzo, y la distancia entre marcas de calibración se convierta a deformación. El esfuerzo ingenieril (lb/pul^2) y la deformación ingenieril (pul/pul) se definen con las siguientes ecuaciones:

Donde:

• F: Fuerza aplicada en la probeta (lb)

• Ao: Área de la sección transversal original de la probeta. (pul^2)

• Lo: Longitud calibrada antes de la aplicación de la carga.

• L: Longitud adquirida por la sección calibrada, al iniciar la aplicación de la carga

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN REAL

El esfuerzo real a diferencia del esfuerzo ingenieril, tiene en cuenta el área instantánea que se reduce a medida que avanza el ensayo. El esfuerzo real (lb/ pul^2) se puede definir con la siguiente ecuación:

Donde:

• F: Fuerza aplicada en la probeta (lb)

• A: Área real (instantánea) que resiste la carga (pul^2).

La deformación real se determina con la elongación “instantánea” por unidad de longitud del material.

DIAGRAMAS ESFUERZO – DEFORMACIÓN

El Diagrama Esfuerzo – Deformación es utilizado cuando se lleva a cabo el de Tensión. Este tipo de graficas se pueden hacer con los datos calculados esfuerzo-deformación ingenieriles, o con los datos correspondientes a esfuerzo – deformación reales. A continuación se presenta el diagrama de esfuerzo deformación para el caso de datos reales. (Ver Figura No. 3).

Donde:

• Sced: Resistencia en el punto de cedencia.

• Srot: Resistencia a la rotura.

• Súlt: Resistencia en el punto de esfuerzo último

PUNTO DE CEDENCIA

Es el momento en que la deformación de la pieza, debido a la carga que se le esta aplicando, deja de ser elástica y se vuelve permanente o plástica, es decir que es el punto en el que se quita la fuerza ejercida y la probeta se devuelve a su longitud inicial. El esfuerzo inducido aplicado en el momento cuando el material llega a su punto de cedencia es en realidad la Resistencia Cedente del Material, Sced En algunos materiales, la transición de deformación elástica a flujo plástico es abrupta. Esa transición se llama fenómeno de punto de fluencia. En esos materiales, al comenzar la deformación plástica, el valor del esfuerzo baja primero desde el punto de fluencia superior (σ2). El valor del esfuerzo sigue decreciendo y oscila en torno a un valor promedio que se define como punto de fluencia

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