CURSO : INGENIERIA DE MATERIALES

DOCENTE : ING. VICTOR MEDINA A.

ALUMNOS : ESCARLET RODRIGUEZ ARRIAGA

MARIA ISABEL PEREDA

EDWAR MEDINA TORRES

ILO – PERU

2015

P á g i n a 1 | 28

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL

ENSAYO DE TRACCION, COMPRESION Y DUREZA

INDICE

ENSAYO DE TRACCION.......................................................................................................................4

1.-OBJETIVO...................................................................................................................................4

2.-TIPOS DE PROBETAS...................................................................................................................4

4.- PLASTICOS NO RIGIDOS.............................................................................................................6

5.- MATERIALES COMPUESTOS REFORZADOS................................................................................7

6. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL..............................................................................................7

7.-ZONAS REPRESENTADAS EN DIAGRAMAS ESFUERZO DEFORMACION.......................................8

7.1.- ZONA ELÁSTICA (OB)............................................................................................................8

7.2 ZONA PLASTICA (BE).................................................................................................................8

7.2.1.- ZONA DE PROPORCIONALIDAD (OA)...................................................................................9

7.2.2.- ZONA NO PROPORCIONAL (AB)...........................................................................................9

A) ZONA DE DEFORMACION PLASTICA UNIFORMEN O ZONA DE LIMITE DE ROTURA (CD). . .9

B) ZONA DE ROTURA O ZONA DE ESTRICCION O ZONA DE DEFORMACION PLASTICA LOCALIZADA (DE).......................................................................................................................9

8.- DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS PROBETAS ENSAYADAS...........10

a) Tensión de tracción (σ).-.......................................................................................................10

b) Límite elástico (σy................................................................................................................10

c) Resistencia a la tracción (σmax).-.........................................................................................10

d) Tensión de tracción a rotura (σR).-.......................................................................................10

e) Modulo de elasticidad o Módulo de Young.-........................................................................10

f) Alargamiento (∆l) y deformación (ε).-..................................................................................10

g) La ley de Hooke....................................................................................................................11

h) Tensión máxima de trabajo..................................................................................................11

8.- EJERCICIO DE ENSAYO DE TRACCION.....................................................................................11

ENSAYO DE COMPRESIÓN................................................................................................................12

1. PROBETAS PARA COMPRESIÓN DE METALES.......................................................................13

2. DETERMINACIONES A EFECTUAR EN UN ENSAYO DE COMPRESIÓN....................................13

ENSAYO DE DUREZA.........................................................................................................................16

1. ENSAYO MARTENS Y ENSAYO A LA LIMA..............................................................................17

a) ENSAYO DE MARTENS......................................................................................................17

P á g i n a 2 | 28

b) ENSAYO A LA LIMA...........................................................................................................17

2. METODO DE ROCKWELL.......................................................................................................18

3. METODO DE BRINELL...........................................................................................................19

4. METODO DE VICKERS...........................................................................................................21

a) TABLA DE COMPARACIÓN DE FUERZAS......................................................................22

CONCLUSIÓN....................................................................................................................................25

BIBLIOGRAFIA...................................................................................................................................26

ANEXOS............................................................................................................................................27

P á g i n a 3 | 28

ENSAYO DE TRACCION, COMPRESION Y DUREZA DE LOS

MATERIALESEn la selección de materiales no existe ningún material perfecto que sea utilizable en cualquier aplicación, por ese motivo, cuando se va a elegir un material con una finalidad determinada, es preciso sopesar sus cualidades y defectos y actuar en consecuencia.

ENSAYO DE TRACCIONEl ensayo a tracción es la forma básica de obtener información sobre el comportamiento mecánico de los materiales. Mediante una máquina de ensayos se deforma una muestra o probeta del material a estudiar, aplicando la fuerza uniáxicamente en el sentido del eje de la muestra. A medida que se va deformando la muestra, se va registrando la fuerza (carga), llegando generalmente hasta la fractura de la pieza. Así pues, el resultado inmediato es una curva de carga frente a alargamiento, que transformados en tensión y deformación, en función de la geometría de la probeta ensayada, aportan una información más general.

1.-OBJETIVO El OBJETIVO inmediato de ilustrar, mediante la experiencia, las

propiedades mecánicas de los materiales que se derivan a partir de un ensayo a tracción.

El objetivo del ensayo de tracción es determinar aspectos importantes de la resistencia y alargamiento de materiales, que pueden servir para el control de calidad, las especificaciones de los materiales y el cálculo de piezas sometidas a esfuerzos.

2.-TIPOS DE PROBETASLas probetas de ensayo para materiales metálicos se obtienen, generalmente por mecanizado de una muestra del producto objeto de ensayo, o de una muestra moldeada. En el caso de tratarse de productos que tengan una sección constante (perfiles, barras, etc.) o de barras obtenidas por moldeo, se pueden utilizar como probetas las

P á g i n a 4 | 28

muestras sin mecanizar. La sección de la probeta puede ser circular, cuadrada o rectangular. Generalmente las probetas de ensayo para materiales no metálicos se pueden preparar por prensado, por inyección o bien por arranque de viruta mediante corte de planchas.

3.-PLASTICOS RIGIDOS Y SEMIRIGIDOS

Las probetas se conformarán de acuerdo a las dimensiones de la figura. El tipo de muestra M-I es la muestra preferida y se usará cuando haya material suficiente tendiendo un espesor de 10 mm o menor. El tipo de probeta M-III se empleará cuando el material sometido al ensayo presente un espesor de 4 mm o menor y el tipo de probeta M-II se usará cuando sean requeridas comparaciones directas entre materiales con diferente rigidez (no rígida y semi-rígida).

P á g i n a 5 | 28

4.- PLASTICOS NO RIGIDOS Se emplea el tipo de probeta M-II con espesores de 4 mm o menores. El tipo de probeta M-I debe ser empleado para todos los materiales con espesores comprendidos entre 4 y 10 mm.

P á g i n a 6 | 28

5.- MATERIALES COMPUESTOS REFORZADOS Las probetas para materiales compuestos reforzadas serán del tipo M-I. En todos los casos el espesor máximo de las probetas será de 10 mm. Las probetas que se van a ensayar deben presentar superficies libres de defectos visibles, arañazos o imperfecciones. Las marcas correspondientes a las operaciones del mecanizado de la probeta serán cuidadosamente eliminadas con una lima fina o un BLOQUE II.-, abrasivo y las superficies limadas serán suavizadas con papel abrasivo. El acabado final se hará en una dirección paralela al eje largo de la probeta. Si es necesario hacer marcas para las mordazas, éstas se harán con pinturas de cera o tinta china, las cuales no afectan al material. Nunca se harán arañazos o marcas con punzones. Cuando se sospeche de la presencia de anisotropía en las propiedades mecánicas, se harán probetas con idénticas dimensiones teniendo sus ejes largos paralelos y perpendiculares a la dirección sospechada de anisotropía.

6. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL El ensayo consiste en deformar una probeta por estiramiento uniaxial y registrar dicha deformación frente a la tensión aplicada. Se realiza en dinamómetros o máquinas de tracción con velocidad regulable y un registro gráfico. Los diagramas así obtenidos, denominados diagramas de tensión-deformación, tienen la forma que se indica en la figura 3. En dicha figura se muestran los diagramas tensión deformación de 4 tipos

P á g i n a 7 | 28

de plásticos diferentes así como los diferentes parámetros que se pueden obtener del ensayo.

Evolución de las probetas rectangulares durante el ensayo de tracción (la zona central es la que soporta mayor deformación, y por esa zona romperá).

Las probetas tienen que medirse por lo menos en cinco puntos dentro de la longitud marcada y la diferencia de la medida no puede ser mayor de 0.1 mm.

La probeta se coloca dentro de las mordazas tensoras, de manera que se adapten bien y tengan efecto de cuña con accionamiento neumático, hidráulico o manual. La fuerza inicial no debe ser demasiado alta, porque de lo contrario podría falsear el resultado del ensayo. Así mismo se debe cuidar que no se produzca deslizamiento de la probeta. La máquina de ensayos está diseñada para alargar la probeta a una velocidad constante y para medir continua y simultáneamente la carga instantánea aplicada (con una celda de carga) y el alargamiento resultante (utilizando un extensiómetro) .El ensayo dura varios minutos y es destructivo, o sea, la probeta del ensayo es deformada permanentemente y a menudo rota. La velocidad de estiramiento será siguiendo la norma ASTM.

7.-ZONAS REPRESENTADAS EN DIAGRAMAS ESFUERZO DEFORMACION

7.1.- ZONA ELÁSTICA (OB)Se caracteriza porque al cesar las tensiones aplicadas, los materiales recuperan su longitud inicial.

P á g i n a 8 | 28

7.2 ZONA PLASTICA (BE)En esta zona se ha rebasado la tensión del límite elástico y, aunque dejemos de aplicar tensión de tracción, el material ya no recupera su longitud original y la longitud final será mayor que lo.En la zona elástica (OB) hay, a su vez, dos zonas:

7.2.1.- ZONA DE PROPORCIONALIDAD (OA)En la gráfica es una línea recta, es decir, el alargamiento unitario (ε) ese proporcional a la tensión ejercidas (σ).En las aplicaciones industriales siempre se trabajan en esta zona, ya que no se producen deformaciones permanentes y además se puede aplicar la ley de Hooke.

7.2.2.- ZONA NO PROPORCIONAL (AB)El material se comporta de forma elástica, pero no existe una relación proporcional entre tensión y deformación. En la zona plástica (BE) también se pueden distinguir dos zonas:

A) ZONA DE DEFORMACION PLASTICA UNIFORMEN O ZONA DE LIMITE DE ROTURA (CD)

Se consigue grandes alargamientos con un pequeño incremento de la tensión. En el punto D encontramos el límite de rotura y la tensión en ese punto se llama tensión de rotura (σr).A partir de este punto, la probeta se considera rota, aunque físicamente no lo este.

B) ZONA DE ROTURA O ZONA DE ESTRICCION O ZONA DE DEFORMACION PLASTICA LOCALIZADA (DE)

Las deformaciones son localizadas y, aunque disminuya la tensión, el material se deforma hasta la rotura. En el punto D, la probeta se reduce drásticamente. Esta curva esfuerzo – deformación varia de un

P á g i n a 9 | 28

material a otro, e incluso otros materiales presentan cuervas distintas; en el caso del acero.

8.- DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS PROBETAS ENSAYADAS La evaluación del ensayo se realiza a partir de las curvas tensión-deformación. Los parámetros más importantes son tensiones (en N/mm2 o en MPa), Módulo de elasticidad y deformación o alargamiento (en %). Veamos lo más característico:

a) Tensión de tracción (σ).- Se calcula a partir de la fuerza de tracción soportada por la probeta dividida por su sección transversal.

b) Límite elástico (σy).- Es la máxima tensión que el material es capaz de mantener sin desviación de la ley de Hooke, es decir es una medida de su resistencia a la deformación elástica. Se expresa en fuerza por unidad de área, generalmente MPa.

c) Resistencia a la tracción (σmax).- Tensión máxima de tracción que ha soportado la probeta durante el ensayo.

d) Tensión de tracción a rotura (σR).- Tensión de tracción soportada por la probeta en el momento de su rotura.

P á g i n a 10 | 28

e) Modulo de elasticidad o Módulo de Young.- Es la relación entre la tensión realizada y la deformación adquirida en el tramo lineal de la curva tensión-deformación (región elástica). Sus unidades son MPa o N/mm2 . Se calcula mediante la tangente a la recta en el tramo lineal.

f) Alargamiento (∆l) y deformación (ε).- ∆l es el incremento en longitud producido por la tensión de tracción y se expresa en unidades de longitud, usualmente milímetros. La deformación se define como ∆l/l0, en donde l0 es la longitud original antes de aplicar la carga y no tiene unidades. A veces, la deformación se expresa como porcentaje. Generalmente se calculan tres tipos de deformaciones: f1) deformación en el límite elástico (εy) f2) deformación a la tensión máxima (εmax) f3) deformación a la rotura (εR)

g) La ley de Hooke Se aplica en ensayos de tracción y con carácter general se enuncia así: “Las deformaciones producidas en un elemento resistente son proporcionales a las fuerzas que lo producen”.

Fuerza ------------------- =constante=tgα Deformación

La fuerza es de traccion (F) y la deformación Δl = l – lo

La constante se representa por K = tg α

Unidades:

F = En el sistema internacional Newton (N), también se elige kilopondio (Kp)

Δl = En el sistema internacional Metros (m), también se elige cm o mm

K en el Sistema Internacional N/m , también se elige Kp/cm o Kp/mm

P á g i n a 11 | 28

h) Tensión máxima de trabajo Es el límite de carga al que podemos someter una pieza o elemento simple de una estructura. Se representa por (σt)

Hasta que la tensión no alcanza (σt) podemos asegurar

a) Que el elemento no padecerá deformaciones plásticas

b) Que cumplirá la ley de Hooke

c) Que ofrecerá un margen de seguridad ante la posibilidad de que aparezcan fuerzas imprevistas.

8.- EJERCICIO DE ENSAYO DE TRACCIONSabiendo que la carga máxima aplicada en un ensayo de tracción sobre una probeta normalizada de 150 mm2 de sección es de 50000N, Calcula la tensión de rotura.

σr=FrSo

= 50000N150mm2

= 1Kp9.8N

=34.01 kp/mm2

ENSAYO DE COMPRESIÓNEl ensayo de compresión es poco frecuente en los metales y consiste en aplicar a la probeta, en la dirección de su eje longitudinal, una carga estática que tiende a provocar un acortamiento de la misma y cuyo valor se irá incrementando hasta la rotura o suspensión del ensayo.

El diagrama obtenido en un ensayo de compresión presenta para los aceros, al igual que el de tracción un periodo elástico y otro plástico.

En los gráficos de metales sometidos a compresión, que indica la figura siguiente obtenidas sobre probetas cilíndricas  de una altura doble con respecto al diámetro, se verifica lo expuesto anteriormente, siendo además posible deducir que los materiales frágiles (fundición) rompen prácticamente sin deformarse, y los dúctiles, en estos materiales el ensayo carece de importancia, ya que se deforman continuamente hasta la suspensión de la aplicación de la carga, siendo posible determinar únicamente, a los efectos comparativos, la tensión al limite de proporcionalidad.

P á g i n a 12 | 28

1.

PROBETAS PARA COMPRESIÓN DE METALESEn los ensayos de compresión, la forma de la probeta tiene gran influencia, por lo que todos ellos son de dimensiones normalizadas.

El rozamiento con los platos de la maquina hace aparecer, como dijimos, un estado de tensión compuesta que aumenta la resistencia del material, la influencia de estas tensiones va disminuyendo hacia la sección media de la probeta, razón por la cual se obtiene mejores condiciones de compresión simple cuando están se presenta con forma prismáticas o cilíndricas de mayores alturas, las que se limitan, para evitar el efecto del flexionamiento lateral debido al pandeo. 

P á g i n a 13 | 28

2. DETERMINACIONES A EFECTUAR EN UN ENSAYO DE COMPRESIÓNEn general es posible efectuar las mismas determinaciones que en el ensayo de tracción, por lo que solo insistiremos en las más importantes.

• Resistencia estática a la compresión:

• Tensión al límite proporcional:

En los metales muy maleables, que se deforman sin rotura, la tensión al límite proporcional resulta el único valor empleado a los fines comparativos.

• Tensión al límite de aplastamiento:

El valor que corresponde al límite de aplastamiento es equivalente al de fluencia por tracción, no presentándose en forma tan nítida como este ni aun en los aceros muy blandos, por lo que generalmente se calcula, en su reemplazo, la tensión de proporcionalidad.

P á g i n a 14 | 28

• Acortamiento de rotura

Correspondiente al alargamiento de rotura por tracción.

Ensanchamiento transversal.

Corresponde a la estricción en tracción.

P á g i n a 15 | 28

ENSAYO DE DUREZAEl ensayo de dureza es uno de los más empleados en la selección y control de calidad de los metales.

La dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia.

Se evalúa convencionalmente por tres procedimientos.

El método Rockwell, el brinell y el vickers

El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta con determinada geometría.

P á g i n a 16 | 28

• Método de impacto poldi.

• Método de retroceso shore.

Al rayado.Resistencia que Penetración

Al rayado.Resistencia que

Tipos de ensayo de dureza.

Reacción o resistencia elástica de un material al chocar contra un cuerpo mas duro.

• Método Rockwell.

• Método Brinell.

• Método Vickers

Resistencia que oponen los materiales a dejarse penetrar por otros mas duros

• Ensayo de Mohs.

• Ensayo de Martens.

• Ensayo a la lima.

Resistencia que oponen los al ser rayados por otros más duros.

1. ENSAYO MARTENS Y ENSAYO A LA LIMA

a) ENSAYO DE MARTENS.

-Se basa en la medida de la anchura de la raya que produce en el material una punta de diamante de forma piramidal y de ángulo en el vértice de 90°.

-Se aplica sobre superficies nitruradas.

-Se emplea un cono de diamante con el que se raya la superficie del material cuya dureza se quiere medir.

a = anchura del surco

AM =1000 / a2

b) ENSAYO A LA LIMA

- Se usa en industria. En todo material templado la lima no “entra”. Dependiendo de si la lima entra o no entra sabremos:

- No entra, el material raya a la lima; Dureza mayor de 60 HRC

- Entra, la lima raya al material; Dureza menor de 60 HRC

P á g i n a 17 | 28

2. METODO DE ROCKWELLLa dureza Rockwell o ensayo de dureza Rockwell es un método para determinar la dureza, es decir, la resistencia de un material a ser penetrado. El ensayo de dureza Rockwell constituye el método más usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar a cabo y no requiere conocimientos especiales. Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargas, lo cual permite ensayar prácticamente cualquier metal o aleación.

Hay dos tipos de penetradores:

Unas bolas esféricas de acero endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, ¼ y ½ pulgada

Penetrado cónico de diamante con un ángulo de 120º +/- 30' y vértice redondeado formando un casquete esférico de radio 0,20 mm (Brale), el cual se utiliza para los materiales más duros.

P á g i n a 18 | 28

3. METODO DE BRINELLEste ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El indentador o penetrador usado es una bola de ACERO TEMPLADO de diferentes diámetros. Para los materiales más duros se usan bolas de carburo de tungsteno. En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10 a 12 milímetros de diámetro, con una fuerza de 3.000 kilopondios. El valor medido es el diámetro del casquete en la superficie del material. Las medidas de dureza Brinell son muy sensibles al estado de preparación de la superficie, pero a cambio resulta en un proceso barato, y la desventaja del tamaño de su huella se convierte en una ventaja para la medición de materiales heterogéneos, como la fundición, siendo el método recomendado para hacer mediciones de dureza de las fundiciones.

La carga a utilizar en el ensayo se puede obtener con la siguiente expresión:

Donde:

P á g i n a 19 | 28

P: carga a utilizar medida en [kilopondio(kp)].

k: constante para cada material, que puede valer 1 (Madera), 5 (aluminio, cobre y sus aleaciones), 10 (magnesio y sus aleaciones), y 30 (aceros).

D : diámetro de la bola (indentador) medida en [mm].

P á g i n a 20 | 28

4. METODO DE VICKERSEl ensayo de dureza Vickers, llamado el ensayo universal, es un método para medir la dureza de los materiales. Sus cargas van de 5 a 125 kilopondios (de cinco en cinco). Su penetrador es una pirámide de diamante con un ángulo base de 136°. Este ensayo constituye una mejora al ensayo de dureza brinell. Se presiona el indentador contra una probeta, bajo cargas más ligeras que las utilizadas en el ensayo Brinell. 

• DONDE LAS UNIDADES SON:KP/mm2

Ejemplos de dureza Vickers (HV) para varios materiales

Material Valor

316L Acero inoxidable (USA)

140HV30

347L Acero inoxidable (USA)

180HV30

Acero al carbono 55–120HV5

Hierro 30–80HV5

P á g i n a 21 | 28

a) TABLA DE COMPARACIÓN DE FUERZAS

P á g i n a 22 | 28

P á g i n a 23 | 28

P á g i n a 24 | 28

CONCLUSIÓNDUREZAEl ensayo de dureza es, juntamente con el de tracción, uno de los más empleados en la selección y control de calidad de los metales. Intrínsecamente la dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Gracias a la variedad de ensayos de dureza que se pueden realizar en los materiales podemos tener la certeza de que tipo de material estamos usando y en que lo podemos emplear.Se evalúa convencionalmente por tres procedimientos.El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta de determinada geometría.

COMPRESIONUna vez mas trabajamos con la maquina universal para ensayos con una probeta de acero 1045 lamentablemente la edad o el estado de la probeta no era la adecuada ya que en el primer ensayo se desvio y no se comprimio como deberia de ser, observando así la deviciencia del material de manera macroscopica. En el segundo ensayo ocurrio una falla en la carga y la colocacion del extensómetro causando el reinicio de la practicapara llevar a cabo el tercer y ultimo ensayo el cual arrojo resultados satisfactorios permitiendonos conocer una pieza sometida a un ensayo de compreción adecuada.

De manera grupal logramos desarrollar una dinamica mas ordenada y respetuosa la cual aporta facilidad para realizar el ensayo aunque cabe destacar que los participantes requieren de gran habilidad para manejar el equipo demanera adecuada, por otra parte la organizacion post-practica sigue siendo deficiente.

De manera individual sigue aportando a mis conocimientos generales y mi perfil profesional permitiendome conocer cuales son mis habilidades y deficiencias para poder tener una mejora contnua en todos los aspectos. Es importante contar con el control de ti mismo para poder realizar la practica aun cuando tu atencion se encuentra en el ensayo para lograr con exito tus propositos y los de tu equipo, haciendo trabajar un conjunto de maquinaria y hombres como uno solo...

P á g i n a 25 | 28

TRACCION

La resistencia de una probeta esta determinada según el material con el que esta elaborado, tomando en cuenta que cada uno de ellos tiene una naturaleza dúctil o frágil, en el caso del aluminio es un material frágil ya que no se alarga y fractura con facilidad, no deforma, este material es ligero con respecto a los otros. Por su parte el cobre se alarga, deforma y fractura; a diferencia del bronce que es mas dúctil, ya que se alarga y se deforma mas no llego a fracturar, el acero galvanizado tiene poca deformación y alargamiento pero en el limite fracturo.

BIBLIOGRAFIAENSAYE E INSPECCION DE LOS MATERIALES EN INGENIERIAHARMER E. DAVISGEORGE EARL TROXELLCLEENT T. WISKOCILEDIT: C.E.C.S.A.PAG: 184-197

P á g i n a 26 | 28

ANEXOS

Probetas fracturadas de Aluminio, hierro galvanizado, cobre y bronces

(en orden del superior al inferior).

Peso en Gramos.

P á g i n a 27 | 28

Extensómetro.

P á g i n a 28 | 28