12/10/2019
El ensayo de tracción es una técnica fundamental en la ingeniería de materiales, utilizada para determinar las propiedades mecánicas de diversos materiales bajo condiciones de tensión uniaxial. Este método consiste en someter una probeta de material a una fuerza de tracción creciente hasta su rotura, registrando la fuerza aplicada y la deformación resultante. La información obtenida se utiliza para caracterizar el comportamiento del material y asegurar su calidad y fiabilidad en aplicaciones específicas.
Para qué sirve el ensayo de tracción
El principal objetivo del ensayo de tracción es determinar las propiedades mecánicas del material, proporcionando datos cruciales para el diseño y selección de materiales en diversas industrias. Entre las propiedades que se pueden determinar se encuentran:
- Límite elástico: Esfuerzo máximo que un material puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes.
- Resistencia a la tracción (Rm): Esfuerzo máximo que el material puede soportar antes de la fractura. Se calcula como la fuerza máxima aplicada dividida por el área inicial de la sección transversal de la probeta.
- Alargamiento a la rotura (A%): Porcentaje de alargamiento que experimenta la probeta hasta su rotura. Indica la ductilidad del material.
- Módulo de elasticidad (E): Relación entre la tensión y la deformación en la región elástica del material. Indica la rigidez del material.
- Estricción: Reducción del área de la sección transversal de la probeta en el punto de fractura.
La información obtenida del ensayo de tracción es esencial para:
- Selección de materiales: Permite elegir el material más adecuado para una aplicación específica en función de sus propiedades mecánicas.
- Control de calidad: Verifica que el material cumpla con los estándares de calidad requeridos.
- Diseño de estructuras: Proporciona datos para el cálculo y diseño de estructuras seguras y eficientes.
- Investigación y desarrollo de nuevos materiales: Permite evaluar las propiedades de nuevos materiales y optimizar su desempeño.
Máquina de Ensayo de Tracción
El ensayo de tracción se realiza utilizando una máquina de ensayos universal. Estas máquinas aplican una fuerza controlada a la probeta y miden simultáneamente la fuerza y la deformación. Las máquinas modernas suelen estar automatizadas, lo que permite realizar ensayos de manera eficiente y precisa. Las características de una máquina de ensayos de tracción incluyen:
- Sistema de carga: Aplica la fuerza de tracción a la probeta.
- Sistema de medición de fuerza: Mide la fuerza aplicada con alta precisión.
- Sistema de medición de deformación: Mide el alargamiento de la probeta mediante extensómetros o sistemas ópticos.
- Software de control y adquisición de datos: Controla el ensayo y registra los datos obtenidos.
Las máquinas automatizadas ofrecen ventajas significativas, como:
- Mayor precisión y reproducibilidad: Eliminan las variaciones causadas por la intervención humana.
- Mayor eficiencia: Permiten realizar una gran cantidad de ensayos en menos tiempo.
- Mayor seguridad: Reducen el riesgo de errores humanos.
Interpretación de la Gráfica de Ensayo de Tracción
El resultado del ensayo de tracción se representa gráficamente en una curva tensión-deformación. Esta gráfica muestra la relación entre la tensión aplicada (esfuerzo) y la deformación (alargamiento) de la probeta. Analizando esta curva, se pueden determinar las propiedades mecánicas del material. A continuación se describe la información obtenida de la grafica:
Región Elástica:
En la región elástica, la deformación es proporcional a la tensión aplicada. La pendiente de esta región lineal corresponde al módulo de Young o módulo de elasticidad , que representa la rigidez del material. Cuando se retira la carga en esta región, el material recupera su forma original. El punto donde finaliza la region elástica se conoce como limite elástico .
Región Plástica:
Una vez superado el límite elástico, el material entra en la región plástica. En esta zona, la deformación es permanente, incluso después de retirar la carga. El material sufre deformaciones irreversibles. La resistencia a la tracción se alcanza en el punto más alto de la curva. Después de este punto, la probeta empieza a sufrir un fenómeno de estricción, donde el área de la sección transversal disminuye significativamente, hasta que finalmente se produce la fractura.
Tipos de Ensayos de Tracción
Existen diferentes tipos de ensayos de tracción, dependiendo del material y la información que se desea obtener. Algunos ejemplos incluyen:
- Ensayo de tracción estático: La carga se aplica lentamente hasta la rotura.
- Ensayo de tracción cíclico: Se aplica una carga cíclica para evaluar la resistencia a la fatiga del material.
- Ensayo de tracción a alta temperatura: Se realiza a temperaturas elevadas para evaluar el comportamiento del material en condiciones extremas.
Normas de Ensayo de Tracción
Los ensayos de tracción se realizan siguiendo normas internacionales estandarizadas que especifican los procedimientos, la preparación de las probetas y el método de cálculo de las propiedades mecánicas. Las normas más comunes incluyen:
- ISO 6892: Metales.
- ISO 527: Plásticos.
- ASTM E8: Metales.
- ASTM D638: Plásticos.
Tabla Comparativa de Materiales
La siguiente tabla muestra algunos ejemplos de los valores característicos obtenidos de los ensayos de tracción de diferentes materiales:
| Material | Resistencia a la Tracción (MPa) | Alargamiento a la Rotura (%) | Módulo de Elasticidad (GPa) |
|---|---|---|---|
| Acero al Carbono | 400-600 | 15-25 | 200 |
| Aluminio | 50-70 | 5-15 | 70 |
| Cobre | 200-300 | 5-40 | 120 |
| Plástico ABS | 40-60 | 5-10 | 2-3 |
| Caucho | 10-20 | 200-500 | 0.01-0.1 |
Nota: Los valores indicados son aproximados y pueden variar dependiendo del tipo y grado de material.
Consultas Habituales
Algunas de las preguntas más frecuentes sobre los ensayos de tracción son:
- ¿Qué tipo de probeta se utiliza en un ensayo de tracción? El tipo de probeta depende del material y la norma que se utilice. Las probetas suelen tener una forma específica para asegurar la uniformidad del ensayo.
- ¿Cuál es la velocidad de ensayo en un ensayo de tracción? La velocidad de ensayo se especifica en las normas y depende del material y el tipo de ensayo. Una velocidad de ensayo adecuada es crucial para obtener resultados precisos.
- ¿Qué factores pueden influir en los resultados de un ensayo de tracción? Diversos factores pueden afectar los resultados, incluyendo la temperatura, la humedad, la velocidad de ensayo y la preparación de la probeta.
El ensayo de tracción es una herramienta indispensable en la caracterización de materiales. Su aplicación permite obtener información crucial para asegurar la calidad, el diseño y la selección de materiales en una gran variedad de industrias. La comprensión de la curva tensión-deformación es fundamental para la correcta interpretación de los resultados y la toma de decisiones informadas en el desarrollo de proyectos de ingeniería.