Ensayo de Materiales
El ensayo de tracción de un material consiste
en someter una probeta normalizada a un esfuerzo axial
de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta.
Este ensayo mide
la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Las
velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas (ε =
10–4 a 10–2 s–1).
En un ensayo de
tracción pueden determinarse diversas características de los materiales
elásticos.
- Alargamiento
El alargamiento es
el aumento en la longitud calibrada en una probeta después de la prueba de
tensión que comúnmente se expresa en porcentaje de la longitud calibrada
inicial.
- Límite elástico
El límite
de fluencia o de cedencia, es el primer punto detectable, a partir del
cual hay un aumento notorio en la deformación, sin que se acuse un aumento en
el esfuerzo aplicado a la probeta. En los metales es el punto, a partir del
cual se produce una deformación permanente notable y aparecen por
tanto deformaciones plásticas irreversibles.
- La resistencia a la tracción (esfuerzo máximo)
Coincide con el valor máximo del
esfuerzo y es la tensión que hay que aplicar para que se produzca la rotura de
la probeta en las condiciones del ensayo. Mientras la tensión aplicada es menor
al esfuerzo máximo, la deformación es uniforme, pero al alcanzar esta tensión
comienza a desarrollarse un cuello en la probeta. La reducción localizada de
sección hace que la tensión que actúa en esa sección crezca localmente lo que
provoca un nuevo aumento del alargamiento en la zona del cuello con la
consiguiente caída de la tensión nominal. Este proceso continua hasta que la
sección no es capaz de seguir deformándose y se produce la fractura.
- Estricción
Es la reducción de la sección que se
produce en la zona de la rotura.
- Régimen elástico y régimen plástico
El régimen elástico es aquel momento cuando
se produce el ensayo (se le está aplicando un esfuerzo a la probeta) y se producen
deformaciones elásticas, las cuales, si se deja de aplicar la fuerza, desaparecen
y la probeta volvería a su forma original. Luego se llega hasta un punto donde
ya si se deja de aplicar la fuerza, la probeta no vuelve a su forma original, “queda
deformada”, dicho punto se corresponde al inicio del régimen plástico.
Curva tensión-deformación
En el ensayo se mide la deformación
(alargamiento) de la probeta entre dos puntos fijos de la misma a medida que se
incrementa la carga aplicada, y se representa gráficamente en función de la
tensión (carga aplicada dividida por la sección de la probeta). En general, la
curva tensión-deformación así obtenida presenta cuatro zonas diferenciadas:
1.
Deformaciones
elásticas: Las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de
pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su
forma inicial. La tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina
límite de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. Pueden
existir dos zonas de deformación elástica, la primera recta y la segunda curva.
Se define un límite elástico (convencional o práctico) como aquél para el que
se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene
trazando una recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación
inicial igual a la convencional.
2. Fluencia o cedencia: Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La deformación en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta. No todos los materiales presentan este fenómeno, en cuyo caso la transición entre la deformación elástica y plástica del material no se aprecia de forma clara.
3.
Deformaciones
plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera
sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las
deformaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica.
4.
Estricción:
Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte
central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la
probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose
hasta la rotura de la probeta por esa zona. La estricción es la responsable del
descenso de la curva tensión-deformación. Los materiales frágiles no sufren
estricción ni deformaciones plásticas significativas, rompiéndose la probeta de
forma brusca. Terminado el ensayo se determina la carga de rotura, carga última
o resistencia a la tracción: la máxima resistida por la probeta dividida por su
sección inicial, el alargamiento en (%) y la estricción en la zona de la
rotura.
Como ejemplo se procederá a hacer un
ensayo de tracción de una probeta de acero.
Luego de realizado el ensayo se lograron
los siguientes resultados:
Ø Limite elástico: Se produjo al aplicar 7 ton de fuerza.
Ø Esfuerzo máximo: Se llego a una fuerza de 11.5 ton
antes de la rotura.
Ø Alargamiento: La probeta tenía un largo de 15 cm y 15
mm de espesor antes del ensayo, luego de él, la misma media 17.7 de largo y se había
reducido su espesor a 10.7 mm. Se produjo un alargamiento del 18%.
Ø Estricción: Se determino que luego del ensayo, la
rotura de la probeta se debió a una disminución de sección transversal.
