EEnsayo de Tracción Estática nsayo de Tracción Estática Es un Ensayo donde se somete a la probeta a ensayar un esfuerzo de “tracción simple” continuo y creciente hasta alcanzar la rotura de la misma.

σx ≠ 0 σy=σz=0

N≠0 Qy=Qz=0 Mx=My=Mz=0

SOLICITACIÓN DE TRACCIÓN SIMPLE

ECUACIÓN DE EQUIVALENCIA:

Compresión

Tracción

Es un ensayo “Estático de Corta Duración” ya que las cargasun corto tiempo. Generalmente un Ensayo de Tracción Estáticminutos aproximadamente. PROBETAS: ( Probeta = Pieza o Porción de material a en

Industriales

Calibradas

Existen dos tipos de probetas

1

≡

τxy=τxz=τyz=0

dANA

x .∫= σ

Fig. 1: Distintas tipos de solicitaciones

se aplican en forma lenta y progresiva durante a tiene una duración que varía entre 5 a 20

sayar)

Probetas Industriales: Son probetas que no sufrenninguna preparación previa para su ensayo, conexcepción del corte y marcado de la éstas. Es decirque el material se ENSAYA EN EL ESTADO ENQUE SE ENTREGA EL PRODUCTO TERMINADO(Industrialmente hablando). Un ejemplo común sonlas barras de acero ( suelen presentar una secciónmás o menos uniforme en toda su longitud ).

Probetas Calibradas: El material antes de serempleada como probeta. Se le brinda unaconfiguración geométrica particular, con extremosensanchados y una zona central de sección másreducida para asegurar la rotura de la pieza endicha sector.

Fig. 2: Distintas probetas calibradas empleadas en ensayos a la tracción de metales: a) b) y d) cilíndricas, c) y e) planas.

Estudiaremos que ocurre cuando sometemos a un acero con bajo contenido de Carbono ( por ej. AISI- SAE 1010 ) a un ensayo de tracción estática (FIGURA 3)

FIGURA 3: Diagrama P-∆l y Diagrama convencional σ-ε

2

Para determinar la Tensión convencional σ se debe determinar el área de la sección transversal:

a) Para probetas cilíndricas: . 2

4doSo ×

=π

(siendo “do” el diám. prom. de la medición de dos diámetros normales entre sí)

b) Para probetas prismáticas: . (siendo “b” el ancho de la probeta y “a” el espesor de la misma) baSo ×=

En cuanto a la determinación del valor de la deformación específica

longitudinal ε (convencional), surge leer los alargamientos absolutos

∆l registrados en un instrumento de medición denominado “extensómetro”. Si se emplea uno de los más comunes, denominados “a dial”o “a reloj comparador” (que mediante un sistema de relojería amplifica el valor de ∆l) se puede determinar el mismo de la siguiente forma:

∆l [mm] = kext [ mm/div ] x Lect ext [div] siendo: kext [ mm/div ] la constante del extensómetro

Obtener un valor de DL sin indicar sobre que longitud de referencia se midió carece de sentido, es decir que si queremos medir la deformación específica habrá que indicar sobre que LONGITUD BASE o DE REFERENCIA midió el extensómetro (distancia entre las cuchillas) Lo [mm] = Lbase = Lext (distintas designaciones habitualmente empleadas)

Así se pueden obtener las deformaciones específicas convencionales: ε = ∆l / Lo

FIGURA 4: Dispositivo para ensayo de tracción

LONGITUDES CALIBRADA Y ÚTIL DE UNA PROBETA: Es la longitud de la probeta donde se puede asegurar el desarrollo de un ESTADO DE TRACCIÓN SIMPLE. Se hablará de “Longitud Calibrada: Lc” en el caso de que se trate de una probeta calibrada (Ver figura 4) Se hablará de “Longitud Útil: Lu” en el caso de que se trate de una probeta industrial Sabemos que próximo a los extremos, cualquiera sea el dispositivo de fijación (mordazas, rosca, pasador), se desarrollará una estado complejo de tensiones (estado triaxial). Sin embargo, de acuerdo con el principio de Saint Venant, dicha perturbación “local” a una distancia suficientemente alejada ya no tendrá efecto estableciéndose un diagrama uniforme de tensiones s, correspondiente al estado de tracción simple. Aunque dicha distancia “suficientemente alejada” se correspondería con la mayor dimensión de la probeta, es decir un diámetro “do” para barra cilíndricas y el ancho “b” para las prismáticas, las normas suelen indicar por razones de seguridad entre 1.5 a 2 veces dicha distancia. DESCRIPCIÓN DEL DIAGRAMA σ-ε CONVENCIONAL DE UN ACERO CON BAJO CONTENIDO DE CARBONO (ACERO DÚCTIL- ver Figura 3)

Desde 0 hasta Pp Pp “límite de proporcionalidad” ( vale la ley de Hooke : σ = Ε ε , con Ε = cte ) diagrama recto ( las cargas son proporcionales a las deformaciones )

3

La tensión al Límite de Proporcionalidad se suele indicar en los textos como σp , sin embargo el la norma IRAM-IAS U 500-102 se la designa como Rprop = Fp/So Desde Pp hasta Pe Pe “límite elástico” el diagrama comienza a curvarse levemente. El material sigue comportándose como elástico hasta Pe ( si descargamos la probeta ésta recuperará su longitud inicial ) La tensión al Límite de Elástico se suele indicar en los textos como σe , sin embargo el la norma IRAM-IAS U 500-102 se la designa como Relast = Pp/So Si continuamos cargando existirán deformaciones plásticas

Al llegar a Pf Pf ( fluencia ) comienza el período de fluencia ( el material se deformará plásticamente sin un aumento de carga ) tramo prácticamente horizontal, en rigor puede presentarse con pequeñas oscilaciones.

FIGURA 5: Estructura cristalina sometida a esfuerzos tangenciales

τ

τ

Cuando la magnitud de los corrimientos entre los átomos sometida a esfuerzos tangenciales permiten establecer nuevos enlaces atómicos se producen deformaciones plásticas. Esto implica que se ha superado la tensión al Límite Elástico. Los esfuerzos normales s no generan deformaciones plásticas, sólo elásticas hasta la rotura de la pieza por superarse la cohesión molecular. Como las τ máx en un ensayo de tracción se presentan según planos a 45º respecto del eje los deslizamientos ocurrirán según planos con esa inclinación ( aparecerán unas líneas a 45º que se van extendiendo a lo largo de toda la probeta durante la fluencia – Bandas de Lüders en metales dúctiles y semidúctiles)

221σστ === x

MÁXCB

FIGURA 6: Análisis tensional del ensayo de Tracción

4

eal

FIGURA 7: Escalón de Fluencia en un Diagrama F-∆l de un acero que presenta fluencia r

FIGURA 8: Zonas de fluencia: a) A carga constante. b) A carga oscilante

La zona de fluencia puede adoptar dos formas distintas (Fig. 8): a) Un aumento de las deformaciones a carga constante, en cuyo caso se define un valor denominado

límite de fluencia Re (en los textos habitualmente se designa como σfl) b) Un aumento de las deformaciones a carga oscilante, en cuyo caso se definirán dos límites:

El límite superior de fluencia ReH que está dado por el primer pico de la zona de fluencia aunque no sea el mayor, y el límite inferior de fluencia ReL , que está dado por el valor más

bajo de la zona de fluencia excluyendo la primer caída de carga. DADO QUE LA DETERMINACIÓN DE LA TENSIÓN AL LÍMITE ELÁSTICO Relást QUE ES LA TENSIÓN QUE NOS PODRÍA SER DE INTERËS PARA DEFINIR LA TENSIÓN ADMISIBLE DEL MATERIAL ES DIFICULTOSA, ES COSTOSA Y DEPENDE FUNDAMENTALMENTE DE LA PRECISIÓN DE LOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN LA MEDICIÓN DE LAS DEFORMACIONES, EN LA PRÁCTICA NO SUELE DETERMINARSE. Debe cargarse y descargarse la probeta sucesivamente hasta que el extensómetro colocado sobre la misma, indique el comienzo de una deformación permanente.

AHÍ CORADM

Valeque

Este inconveniente unido al hecho de que los 3 puntos que definen los límites de proporcionalidad, de elasticidad y de fluencia se encuentran muy próximos entre sí, es la causa por la cual en lugar de determinar el límite elástico, se determina el límite de fluencique reemplaza a aq

auél.

RADICA LA IMPORTANCIA DE LA TENSIÓN AL LÍMITE DE FLUENCIA Re, YA QUE SE EMPLEARÁ RIENTEMENTE COMO LÍMITE PRÁCTICO DEL MATERIAL, DETERMINÁNDOSE LA TENSIÓN ISIBLE MEDIANTE EL VALOR DE Re, APLICÁNDOLE UN FACTOR DE SEGURIDAD

(σadm= σtrabajo= Re/v con v>1) la pena aclarar que se habla de este límite ya que habitualmente no queremos que la estructura o pieza se está proyectando pueda sufrir deformaciones plásticas o permanentes.

5

Si por alguna razón específica, por ejemplo investigación científica, nos interesara la determinación de la Tensión al Límite Elástico Relas, se podría reemplazar en la práctica por la tensión que provoca una deformación permanente del 0,01 %, denominándola LÍMITE ELÁSTICO TÉCNICO. Aunque de las Tensiones al Límite de Fluencia ReH y ReL(superior e inferior resp.), la ReL sería más representativa del escalón de fluencia, se suele definir la misma mediante ReH, por la facilidad para determinarla (la aguja testigo en el dial se queda indicando la carga FeH, mientras que la otra evidencia las oscilaciones). Esto será válido siempre y cuando no haya demasiada diferencia entre ambos límites.

La tensión al Límite de Fluencia se suele indicar en los textos como σfl , sin embargo el la norma IRAM-IAS U 500-102 se la designa como Re = Fe ó FeH / So (según se trate del caso a o del b de la figura 8) Una vez que la probeta ha fluido es preciso aumentar la carga para producir una mayor deformación ( fenómeno de acritud – efecto Bauschinger = endurecimiento mecánico por deformación en frío) La gráfica se irá curvando hasta horizontalizarse al alcanzar la carga máxima ( Pmáx ) Hasta este punto la probeta se ha ido deformando plásticamente en toda su longitud y por consiguiente su sección también ha ido disminuyendo en toda su longitud (con Vol = cte ) La tensión máxima, denominada Resistencia Estática a la Tracción se suele indicar en los textos como σmáx , sin embargo el la norma IRAM-IAS U 500-102 se la designa como Rm = Fm / So A partir de la carga que corresponde a Pmáx, se produce en una sección transversal de la probeta una fuerte disminución de la sección llamada “estricción localizada” en la sección en donde se encontró el primer defecto. Finalmente la probeta se rompe en el punto de menor sección con la carga Pr siendo Pr < Pmáx

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¿QUÉ OCURRE EN UN INSTANTE CUALQUIERA SI DESCARGAMOS LA PROBETA?

σ’p

Si no alcanzamos el Límite de Elasticidad del material “Relas”: No quedará registrada ninguna deformación residual, permanente o plástica Si hemos superado el Límite de Elasticidad del material “Relas”: Quedará en evidencia una deformación residual, permanente o plástica ¿Cuál será la magnitud de dicha deformación plástica? Luego de alcanzado el punto M, la descarga quedará definida por una recta sensiblemente paralela a la recta definida por el módulo de Elasticidad del material, acusando una deformación plástica en el eje ε que dependerá del valor de σ alcanzado. Es decir que no recorre en sentido inverso el diagrama como ocurría en el período elástico. ¿QUÉ OCURRE SI VOLVEMOS A CARGAR EL MATERIAL? Si volvemos a cargar subiremos por una recta paralela a la que define el módulo de Elasticidad del Material. De todo ello surge que el material tiene una “historia” que queda puesta en evidencia si ha sufrido deformaciones plásticas. Ello hará desde un punto de vista tecnológico que el material alcance una tensión al límite de proporcionalidad σ’p > σp original. Es evidente que el material SE HA ENDURECIDO y ha adquirido características más frágiles ( se puede deformar menos hasta la rotura). Este fenómeno se denomina “Endurecimiento Mecánico por Trabajo en Frío”-Fenómeno de Acritud. Es uno de los procedimientos empleados para mejorar la tensión al límite elástico y la dureza de un metal (ejs.: estirado, torsionado, trafilado en frío de barras, alambres o laminación en frío de chapas, planchuelas, flejes) – ej. Acero ADM (Acero de Dureza Mecánica) La otra forma empleado para mejorar las características de un metal es modificando la composición química (otros aleantes o alguno de ellos en mayor proporción como el carbono) – ej. Acero ADN (Acero de Dureza Natural)

7

METALES QUE NO PRESENTAN FLUENCIA (Metales semidúctiles o frágiles) Existen muchos metales en que la transición de las deformaciones elásticas a las plásticas ocurre sin presentar el fenómeno de fluencia. Dado que el parámetro definido por la Tensión al Límite de Fluencia es de indudable valor práctico, se ha definido en estos casos una Tensión convencional de Fluencia, definida en función de:

La tensión correspondiente a un alargamiento permanente predeterminado (el más común εr =0.2%) – VER FIGURA 9

•

• La tensión correspondiente a un alargamiento total predeterminado (el más común εt =0.5%) – VER FIGURA 10

La elección de uno u otro dependerá del material en estudio y del diagrama σ-ε que presenta (Generalmente la norma relativa al material ensayado indica cuál es el procedimiento a emplear) Existen otras variantes para la definición de la tensión convencional de fluencia, que corresponden a casos menos comunes que los anteriores (Por ej. Límite Johnson- usado en materiales que no cumplen la Ley de Hooke, por ejemplo el Cobre)

FIGURA 10: Determinación del límite convencional de fluencia en un metal que no presenta fluencia real (criterio 0.5% de deformación total)

FIGURA 9: Determinación del límite convencionalde fluencia en un metal que nopresenta fluencia real (criterio 0.2% dedeformación plástica)

PARÁMETROS DE DUCTILIDAD Nos interesa definir dos parámetros: 1) ALARGAMIENTO % DE ROTURA “A” Debemos tener en cuenta que el alargamiento ∆L que sufren los materiales dúctiles durante el ensayo de tracción hasta alcanzar la rotura no es uniforme, ya que está afectado por el fenómeno de estricción, cuya distribución a lo largo de la probeta puede apreciarse en la figura 11 donde se han graficado los valores individuales de los alargamientos permanentes alcanzados por cada una de las subdivisiones idénticas realizadas sobre la longitud de referencia de una probeta. 8

FIGURA 11: Distribución de los alargamientos absolutos a lo largo de la probeta

Como consecuencia de esto, el valor del alargamiento de rotura fundamentalmente dependerá de la longitud de referencia que se adopte como se muestra en la figura 12, donde observamos que a menor longitud el valor de A aumenta y dicha influencia será mayor cuanto más dúctil sea el material.

FIGURA 12: Variación del alargamiento de rotura en función de la longitud de referencia

9

FIGURA 13: Componentes del alargamiento absoluto total bajo la carga de rotura.

- ∆L1 : alargamiento elástico, que se recupera en el momento de la rotura; - ∆L2 : alargamiento plástico uniforme hasta la carga máxima; - ∆L3 : alargamiento plástico localizado producido por la estricción de la probeta. Los dos primeros términos ∆L1 y ∆L2 son función de Lo , pero ∆L3 depende de las medidas transversales de la probeta. Ley de Homología en el ensayo de tracción Una de las condiciones que deben cumplir los métodos de ensayo es que los resultados sean comparables. Es evidente que el ensayo que hemos descrito presentarán los mismos resultados cualquiera sea la máquina e instrumentos de medida, si operamos sobre probetas idénticas. Pero hay veces en que necesitamos trabajar sobre probetas de distintas dimensiones ( ya que no siempre tenemos la misma disponibilidad de material para ensayos ). Estudiaremos las perturbaciones que puede ocasionar el uso de probetas distintas.

No dependen de las dimensiones de la probeta cualquiera sea su diámetro ( o sección inicial ) y longitud

inicial ( lo ) obtenemos los mismos resultados, para el mismo material.

Tensión de fluencia • Resistencia a la tracción • Estricción porcentual • Módulo de elasticidad •

El parámetro que se ve distorsionado cuando usamos probetas del mismo material, pero de dimensiones diferentes es el “Alargamiento porcentual”

Alargamiento uniforme hasta la carga máxima

+ Alargamiento localizado en el período de estricción

Este alargamiento se compone de 2 términos:

El Alargamiento uniforme hasta la carga máxima dependerá de la longitud inicial ( lo ). Por lo tanto:

Alarg.uniforme = α . lo

α = coef. que depende del material

El Alargamiento localizado sufrido en el período de estricción depende del diámetro de la probeta o de la raíz cuadrada de su sección si la misma no es circular. Por lo tanto:

Alarg.uniforme = β . So

β = coef. que depende del material

por consiguiente el Alargamiento Total será: Alarg. Total = α . lo + β . So La expresión del alargamiento % de rotura se puede expresar mediante la siguiente fórmula:

10

Siendo α y β constantes propias del material Por lo tanto el Alargamiento porcentual de rotura será:

Α ( % ) = 100)lo

Soβloα(100lo

total toAlargamien⋅

⋅+⋅=⋅

Vemos que para dos probetas del mismo material con idéntica sección inicial ( So ) pero distinta long. inicial ( lo ) obtenemos alargamientos porcentuales distintos. Éste será mayor cuanto menor sea la long. inicial marcada en la probeta. Lo expuesto no debería ocurrir cuando efectuamos los ensayos ( pues probetas del mismo material nos dan distintos resultados ) resultados no comparables

para evitar este hecho deberemos cumplir determinada relación entre las dimensiones ( Ley de homología o Ley de BORDA )

Si ensayamos 2 probetas de diferentes dimensiones (L1, S1 y L2,S2) pero del mismo material, los alargamientos porcentuales obtenidos deberían ser los mismos, puesto que se trata del mismo material. Calculemos estos alargamientos:

Probeta No 1: )11(1

LSA ×+= βα

Probeta No 2: )22(2

LSA ×+= βα

α y β coef. que dependen del material ( el mismo para la No1 y la No2 )

como debe cumplirse que : Α1 = Α2

)22(2)

11(1

LSA

LSA ×+==×+= βαβα

Por lo tanto:

cteLS

LS

==22

11

Para que los alargamientos porcentuales sean iguales se deberá mantener constante la relación:

constanteSolo

=

Ley de homología en el ensayo de tracción o Ley de similitud o Ley de Borda Los distintos países han establecido las relaciones que han juzgado más convenientes, no habiendo un acuerdo general al respecto. En nuestro país, las normas IRAM han adoptado las mismas probetas que las normas alemanas. Probeta larga: lo = doSo 103. =11

Probeta corta: lo = doSo 565. =5

11

En ingeniería civil se adopta exclusivamente la probeta larga y en ingeniería mecánica cualquiera de las 2 según el caso. El alargamiento medido sobre la probeta larga se indica como Α10 y Α5 sobre la probeta corta. Por lo dicho no se pueden comparar los alargamientos medidos con distintos valores de la Ley de similitud. Cuando se da el valor del alargamiento es indispensable indicar con que relación lo = k.√So se ha realizado. En los textos es habitual indicar el alargamiento % de rotura mediante la letra δ% en lugar de la letra A indicada en la Norma IRAM-IAS 2) ESTRICCIÓN % DE LA SECCIÓN “Z” Para determinarla se debe definir la sección final de la probeta. Por consiguiente no se podrá realizar su determinación en caso de probetas que presenten un conformación superficial. La expresión empleada es:

Siendo So la sección inicial y Sf la final. Esta última se determinará según se trate de piezas cilíndricas o prismáticas:

A mayores valores de A y Z se tienen metales m

FIGURA 14: Sección Final

Siendo: Sf = π . d1. d2/4 (probetas cilíndricas)

Sf = ae . te (probetas prismáticas) En este último caso se asumen lados parabólicos, determinándose el ancho y el espesor efectivo como: te = (t1 + 4.t2 + t3) / 6 y

ae=(a1+ 4.a2 + a3) / 6

ás dúctiles

12

DIFERENCIA ENTRE TENSIONES REALES Y CONVENCIONALES

Parece difícil entender que la probeta rompa con una tensión y una carga inferior a la que corresponde a la carga máxima. Esto se puede aplicar por la diferencia entre tensiones convencionales y reales

FIGURA 15: Diferencia entre tensiones reales y convencionales

Las tensiones indicadas en el diagrama no serán las reales. Para determinar éstas tendríamos que dividir las cargas en cada instante del ensayo por la sección real de la probeta. En la figura 15 se indica con una línea fucsia, el diagrama “tensiones reales – deformaciones específicas reales “, donde se observa que la tensión aumenta bruscamente en el período de estricción por la fuerte disminución de la sección de la probeta. A partir de la carga máxima los metales dúctiles presentarán deformaciones longitudinales localizadas importantes en proximidades de la sección de rotura (ver Figura 11) Por efecto Poisson, presentará deformaciones transversales localizadas significativas, fenómeno que hemos denominado “estricción”. Dado que la disminución de la sección es más importante que la reducción de carga evidenciada, esto implicará que las tensiones instantáneas aumenten a pesar de que la carga disminuya. Se puede observar que la tensión real de rotura indicada en la figura 15 es la máxima que soporta el material, aunque ello no quede en evidencia en un diagrama convencional σ−ε Los parámetros que determinaremos en un ensayo de tracción de control de calidad son: a) Tensión al Límite de Fluencia”: Si el material presenta fluencia real será:

SoFe

=Re con Re en [Mpa]

siendo Fe = la Fuerza correspondiente a la tensión al Límite de Fluencia

Pudiéndose determinar según el caso en base a Fe o a FeH (ver figuras 8a y 8b)

Si el material no presenta fluencia real se deberá definir el Límite convencional según el caso:

Rr0.2 :Tensión convencional de fluencia correspondiente a un alargamiento permanente o residual del 0.2% (comúnmente indicada en los textos como σ0.2%) Rt0.5:Tensión convencional de fluencia correspondiente a un alargamiento total del 0.5% (comúnmente indicada en los textos como σ0.5%)

13

SoFrRr 2.02.0 =

SoFtRt 5.05.0 =

b) Resistencia a la tracción: Se define “convencionalmente” como:

SoFmRm = con Rm en [Mpa]

siendo Fm = la Fuerza máxima registrada

Este valor es convencional porque la verdadera “Resistencia a la tracción”de un metal no se puede determinar. En efecto, si bien aparentemente esa tensión correspondería al punto C del diagrama, que la tensión real de rotura, no es así puesto que en ese punto el material rompe con una estricción fuertemente localizada. Ésta provocará un estado de tensión triaxial similar al de una probeta entallada, es decir que no rompe por un estado de tracción simple. Por dicho motivo se adopta convencionalmente el valor indicado como “Resistencia a la tracción”. c) Alargamiento porcentual de rotura: Es la deformación sufrida por la probeta hasta su rotura referida a la longitud inicial ( lo ) Nos mide la “ductilidad” Para determinarlo debemos marcar antes del ensayo 2 rayas separadas una longitud llamada inicial ( lo ) solbre la probeta. Dicha longitud se establece en función de la la constante correspondiente a la Ley de Homología K. Una vez rota la misma se unen los trozos y se mide la longitud entre marcas que llamaremos longitud final ( lf ). El alargamiento porcentual será:

100)(×

−=

lololfAn

siendo el subíndice “n” , el número de diámetros (4, 5 ó 10) que corresponda a la constante K empleada para determinar la longitud de referencia “Lo”. d) Estricción porcentual: Este valor nos mide la sensibilidad a la entalladura de un material, es decir, en cierta forma su plasticidad.

unque estos son los 4 parámetros que se deben definir en un ensayo de tracción estática, en algunos Acasos específicos se podrá definir también otros parámetros mecánicos.

14

e) Módulo de elasticidad: Nos permite evaluar la rigidez del material Lo podemos determinar calculando la pendiente del diagrama σ-ε en la parte proporcional

LSoLPp

ppE

Λ××

==εσ

E se expresa en [GPa] o [Mpa]

Es una de las tres constantes elásticas de los materiales ya Vistas (E, G y µ). E varía con la temperatura según puede verse en la siguiente tabla: No varA med Vale latension f) Ten Está mdeformEste ávolume

g) Re Está menergí

Temperatura E (GPa) Ambiente 207 204 °C 185 427 °C 154 538 °C 134 650 °C 123

ía con la deformación mecánica sufrida ni con el contenido de Carbono para los aceros. ida que aumenta al contenido de carbono disminuye el escalón de fluencia pero se mantiene E cte.

pena aclarar que algunos metales no presentan E = cte (no vale Hooke) en ningún rango de es.

acidad:

edida por el área encerrada por el diagrama σ − ε hasta la rotura. Es la energía interna de ación almacenada por el material hasta la rotura. rea en cm2 multiplicada por las escalas de cargas y deformaciones adoptadas, y dividida por el n de la probeta nos mide la “tenacidad”.

siliencia:

edida por el área encerrada por el da interna de deformación que puede

FIGURA 16: Gráficas σ-ε de dos metales de distinta tenacidad, donde W1>W2.

iagrama σ − ε hasta la tensión al límite elástico. Es la máxima almacenar el material en forma elástica.

15

Este área en cm2 multiplicada por las escalas de cargas y deformaciones adoptadas, y dividida por el volumen de la probeta nos mide la “resiliencia”. En este caso se puede obtener una expresión analítica de ésta energía empleando la ley de Hooke.

FIGURA 17: Resiliencia en base diagrama tensiones-deformaciones

DISTINTOS TIPOS DE METALES En general los diagramas de ensayo de tracción de los metales podemos agruparlos en 3 tipos, que tienen características bien definidas: 1- Diagrama dúctil que presenta un período de fluencia bien definido y en general un gran alargamiento porcentual (por ej. un acero de bajo contenido o mediano contenido de carbono en estado recocido o normalizado ). Presentan una estricción importante, asociada a la ductilidad del material ( la Fmáx no coincidirá con la de rotura) 2- Diagrama semidúctil que no presenta el período de fluencia y en general tiene un alargamiento porcentual menor al anterior y un período de estricción localizada también menor ( por ej. aceros de alto contenido de carbono o de bajo contenido pero deformados previamente en frío ) Presentan una estricción menos importante, asociada a una menor ductilidad del material respecto del caso 1 ( la Fmáx no coincidirá con la de rotura) 3- Diagrama frágil en el cual no existen deformaciones plásticas prácticamente y la tensión al límite elástico coincide con la máxima y con la tensión de rotura. ( por ej. fundición ). Casi presentan estricción

FIGURA 18: Diagramas σ-ε para metales típicos

16

TIPOS DE ROTURA Presenta dos regiones habitualmente (una granular =frágil en la zona central que indica la rotura por arrancamiento y otra sedosa o de deslizamiento en la periferia = dúctil, orientada a 45º aprox.-según dirección de τmáx)

FIGURA 18: Tipos de roturas de un Ensayo de Tracción más comunes de metales (menos estricción implica un metal menos dúctil)

NORMAS DE ENSAYO En nuestro medio, la norma de ensayos a la tracción para materiales ferrosos es la IRAM IAS U.500-102, que se encuentra dividida en 5 partes. En cambio, la Norma Mercosur que la reemplazará cuando esté aprobada, se refiere a ensayos a la tracción de materiales metálicos en general.

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ALGUNOS OTROS EJEMPLOS

En los siguientes ejemplos de curvas σ − ε se puede observar las características de cada material: el hule muestra una gran ductilidad al alcanzar una gran deformación ante cargas pequeñas; el yeso y el carburo de tungsteno muestran poca ductilidad, ambos no tienen una zona plástica; se rompen con valores bajos de elongación: son materiales frágiles. La única diferencia entre ellos es la resistencia que alcanzan.

Figura 14

Distintas curvas σ − ε , s en (1000 lb/pulg2).

Los diagramas esfuerzo-deformación de diversos materiales varían ampliamente y diferentes ensayos de tensión con el mismo material pueden producir resultados diferentes de acuerdo con la temperatura de la probeta y la velocidad de carga.

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A) SISTEMAS DE FIJACIÓN

A N E X O

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B) DIFERENCIAS ENTRE DIAGRAMA σ−ε CONVENCIONAL Y σr-εr REAL

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C) DIFERENTES DIAGRAMAS σ−ε

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D) Designación de los Aceros: (según su composición química)

Nº AISI: Descripción Ejemplo

10XX Son aceros sin aleación con 0,XX % de C (1010; 1020; 1045)

41XX Son aceros aleados con Mn, Si, Mo y Cr (4140)

51XX Son aceros aleados con Mn, Si y C (5160)

La Tabla 1 relaciona la nomenclatura AISI-SAE con los valores de resistencia, ductilidad y dureza, conceptos que se explicarán más adelante. Sirve para relacionar la composición química y las propiedades mecánicas de los aceros. En las Tablas 2 y 3 se entrega información detallada de la composición química de diversas aleaciones listadas en base su número AISI-SAE.

Nº SAE o AISI

Resistencia a la tracción

Rm

Límite de fluencia

Re Alargamiento

en 50 mm Dureza Brinell

Kgf / mm2 Mpa Kgf/mm2 Mpa %

1010 40,0 392,3 30,2 292,2 39 109 1015 42,9 420,7 32,0 313,8 39 126 1020 45,8 449,1 33,8 331,5 36 143 1025 50,1 491,3 34,5 338,3 34 161 1030 56,3 552,1 35,2 345,2 32 179 1035 59,8 586,4 38,7 377,5 29 190 1040 63,4 621,7 42,2 413,8 25 201 1045 68,7 673,7 42,2 413,8 23 215 1050 73,9 724,7 42,2 413,8 20 229 1055 78,5 769,8 45,8 449,1 19 235 1060 83,1 814,9 49,3 483,5 17 241 1065 87,0 853,2 51,9 509,0 16 254 1070 90,9 891,4 54,6 535,4 15 267 1075 94,7 928,7 57,3 560,9 13 280 1080 98,6 966,9 59,8 586,4 12 293

Tabla 1 Propiedades Mecánicas. Barras de acero en caliente.

22