Ensayo de tracción

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Módulo de tracción

La prueba de resistencia a la tracción es una de las pruebas disponibles más comúnmente utilizadas para catalogar las propiedades de los materiales nuevos. En resumen, la prueba de tracción se utiliza para determinar cuándo un material en particular fallará en el caso de que esté sujeto a una fuerza de tracción (es decir, cuando se separe linealmente bajo tensión). Otras pruebas incluyen pruebas de resistencia a la compresión (empujando linealmente un material hasta que falla) o pruebas de esfuerzo cortante (sometiendo una muestra de prueba a fuerzas laterales de torsión hasta que falla). Las pruebas de tracción son muy relevantes en la comunidad científica y entre los ingenieros que trabajan para empresas que intentan utilizar o desarrollar nuevos materiales. Por ejemplo, una empresa podría desarrollar un nuevo tipo de cerámica o un compuesto metálico no probado. Cada vez que surge un nuevo material, es importante determinar sus propiedades para determinar para qué aplicaciones será útil y para cuáles no. Para probar el material en tensión, normalmente se moldeará en forma de "hueso de perro". El material en forma de hueso de perro a veces se denomina barra de tracción.

Las propiedades de tracción de los polímeros son importantes para el diseño de piezas de plástico y la predicción de su rendimiento bajo tensión, particularmente cuando se usan en aplicaciones estructurales. Un ensayo de tracción es un pruebas mecánicas fundamentales donde se carga una muestra cuidadosamente preparada de una manera muy controlada, mientras que la medición de la carga aplicada y el alargamiento de la muestra de más de una cierta distancia. Los ensayos de tracción se utilizan para determinar el módulo de elasticidad, límite elástico, alargamiento, límite proporcional, reducción de la superficie, resistencia a la tracción, límite de elasticidad, límite elástico a la tracción y otras propiedades.

Las propiedades de tracción son la mejor indicación de la resistencia de un material. La fuerza necesaria para tirar la probeta se determina conjuntamente

con el alargamiento de rotura. El módulo elástico, es la relación del esfuerzo a la deformación por debajo del límite proporcional del material. Es el dato de tracción más útil, porque las piezas se deberán diseñar de tal manera que los esfuerzos estén por debajo de este valor.

El producto principal de una prueba de tracción es una curva de carga frente a la elongación que luego se convierte en una curva de tensión frente a cepa. Dado que el estrés Tanto la ingeniería y la deformación de ingeniería se obtienen dividiendo la carga y el alargamiento por valores constantes (espécimen información de geometría), la curva de carga-alargamiento tendrá la misma forma que las curvas de esfuerzo-deformación de ingeniería. La curva tensión-deformación se refiere a las curvas de tensión y deformación. A continuación, se muestra una curva típica de esfuerzo y tensión de ingeniería. Las curvas aumentan continuamente hasta la fractura la tensión verdadera se basa en el área de sección transversal real de la muestra.

Las mediciones de elongación a la tracción y del módulo de tracción se encuentran entre las indicaciones más importantes de resistencia en un material y son las propiedades y especificaciones más amplias de los materiales plásticos. La prueba de tracción, en un sentido amplio, es una medida de la capacidad de un material para resistir fuerzas que tienden a separarlo y para determinar hasta qué punto el material se estira antes de romperse. El módulo de tracción, una indicación de la rigidez relativa de un material, se puede determinar a partir de un diagrama de tensión-deformación. Los diferentes tipos de materiales plásticos a menudo se comparan sobre la base de los datos de resistencia a la tracción, alargamiento y módulo de tracción. Muchos plásticos son muy sensibles a la tasa de tensión y a las condiciones ambientales. Por lo tanto, los datos obtenidos por este método no pueden considerarse válidos para aplicaciones que involucren escalas de tiempo de carga o entornos muy diferentes a este método. Los datos de propiedades de tracción son más útiles en la selección preferencial de un tipo particular de plástico de un gran grupo de materiales plásticos y tales datos son de uso limitado en el diseño real del producto. Esto se debe a que la prueba no tiene en cuenta el comportamiento dependiente del tiempo de los materiales plásticos. Se utiliza la máquina de ensayo de tracción de un movimiento de velocidad constante de la cruceta. Tiene un miembro fijo o esencialmente estacionario que lleva una empuñadura y un miembro móvil que lleva una segunda empuñadura. Las mordazas autoalineables empleadas para sujetar la muestra de ensayo entre el miembro fijo y el miembro móvil evitan problemas de alineación. Se utiliza un mecanismo de accionamiento de velocidad controlada. Algunas de las máquinas disponibles comercialmente utilizan un mecanismo de accionamiento servocontrolado de circuito cerrado para proporcionar un alto grado de precisión de velocidad. Un mecanismo indicador de carga capaz de indicar la carga de tracción total con una precisión de (se usa 1 por ciento del valor indicado o mejor. Últimamente, la inclinación es hacia el uso de indicadores de carga de tipo digital que son más fáciles de leer que los indicadores de tipo analógico). . Un indicador de extensión, comúnmente conocido como extensómetro, se utiliza para determinar la distancia entre dos puntos designados ubicados dentro de la longitud de calibre de la muestra de prueba a medida que se estira la muestra. La figura muestra una máquina de prueba de tracción disponible comercialmente. de la nueva tecnología de microprocesadores ha eliminado virtualmente los cálculos manuales que consumen mucho tiempo. Los cálculos de tensión, alargamiento, módulo, energía y estadísticos se realizan automáticamente y se presentan en una pantalla visual o en una copia impresa al final de la prueba.

La prueba de tracción y los polímeros termoplásticos

De todas las pruebas mecánicas realizadas en polímeros termoplásticos, la prueba de tracción es la menos comprendida y los resultados a menudo se malinterpretan y se utilizan incorrectamente. Dado que la prueba se heredó de otros materiales que tienen respuestas de tensión-deformación elásticas lineales, a menudo es inadecuada para probar polímeros. Sin embargo, se encuentran disponibles pruebas estandarizadas como DIN 53457 y ASTM D638 para evaluar el comportamiento tensión-deformación de los materiales poliméricos. La DIN 53457, por ejemplo, se realiza a una tasa de deformación por alargamiento constante de 1% por minuto, y los datos resultantes se utilizan para determinar el módulo a corto plazo. La prueba ASTM D638 también usa una tasa de deformación por material para medir el módulo; una velocidad lenta para materiales quebradizos y una velocidad rápida para materiales dúctiles. Sin embargo, estas pruebas no reflejan la tasa real de deformación experimentada por la porción estrecha de la muestra de prueba, lo que dificulta mantener una velocidad constante dentro de la región de interés. Las pruebas estándar ASTM D638 e ISO 527-1.

Ensayo de Tension-Deformacion

Ahora que podemos observar el comportamiento de la deformación en función a la tensión aplicada, podremos conocer distintas propiedades del material.

Módulo de elasticidad: en la primera parte de la gráfica el comportamiento es lineal, lo que nos dice que hay una proporción entre la tensión ejercida y la deformación producida

Deformación Elástica: es esta región de la gráfica el material se deforma, pero si la fuerza se le es retirada regresaría a su forma original. Deformación Plástica: es la zona en la que el material una vez deformado ya no regresara a su forma original

Esfuerzo de cadencia: este es el punto en el que el material deja su deformación elástica y al superar por mas mínimo la tensión ejercida este entrara en la zona de deformación plástica, en la cual, una vez deformado ya no podrá regresar a su forma original

Resistencia a la tensión: es el punto máximo de la curva, la máxima tensión que el cuerpo puede soportar

Zona de estricción: es cuando el material comienza a tener otro tipo de deformación plástica, en la cual se comienza a formar un encuellamiento debido a su cercano punto de ruptura

Punto de ruptura: es el punto exacto en que el material se rompe

Tenacidad: la tenacidad se puede definir como la tensión total por punto de deformación (área bajo la curva) y se puede conocer mediante ∫ 𝑓(𝜀) 𝑑𝜀 𝜀0 𝜀𝑟 donde 𝜀0 es el primer punto de la curva donde la deformación tiende a 0 y 𝜀𝑟 es el punto de ruptura. Todas estas son algunas de las muchas propiedades que son posible obtener gracias a un ensayo de Tension-Deformacion, las gráficas y las propiedades dependerán mucho del material, en algunos el módulo de elasticidad es prácticamente nulo, en otros casi se aprecia una deformación por lo que van casi directamente a la ruptura, al final, el material es el que decide cómo comportarse y es por esta gran diversidad el estudio de estas propiedades para su futura aplicación.

A. Resistencia a la tracción

La velocidad de la prueba es la tasa relativa de movimiento de los agarres o accesorios de prueba durante la prueba. Básicamente, hay cinco velocidades de prueba diferentes especificadas en la norma ASTM D 638. La velocidad de prueba empleada con más frecuencia es 0,2 pulg./min. Siempre que sea posible, se debe utilizar la velocidad indicada por la especificación del material que se está probando. Si no se proporciona una velocidad de prueba, se debe elegir la velocidad adecuada que cause la ruptura entre 30 segundos y 5 minutos. La muestra de prueba se coloca verticalmente en las empuñaduras de la máquina de prueba. Las empuñaduras se aprietan de manera uniforme y firme para evitar cualquier deslizamiento. La velocidad de la prueba se establece a la velocidad adecuada y se pone en marcha la máquina. A medida que la muestra se alarga, la resistencia de la muestra aumenta y es detectada por una celda de carga. Este valor de carga (fuerza) es registrado por el instrumento. Algunas máquinas también registran la carga máxima (pico) obtenida por la muestra, que se puede recuperar después de completar la prueba. Se continúa el alargamiento de la muestra hasta que se observa una ruptura de la muestra. También se registra el valor de carga en la rotura. Se calcula la resistencia a la tracción a la fluencia y a la rotura (resistencia máxima a la tracción).

B. Módulo de tracción y alargamiento

Los valores de módulo de tracción y alargamiento se derivan de una curva de tensión-deformación. El extensómetro es un tipo de dispositivo de galgas extensométricas que aumenta considerablemente el estiramiento real de la muestra. La confiabilidad de la medición de la deformación se ve afectada por los extensómetros de contacto tradicionales debido al contacto físico real con la muestra de prueba. El problema aumenta con muestras de prueba que son de naturaleza muy elástica o con muestras de prueba quebradizas, frágiles o de muy poco peso. Los extensómetros de contacto también limitan la capacidad de medir propiedades en grandes rangos de deformación hasta un punto de ruptura y muestras de prueba a temperaturas elevadas dentro de una cámara confinada. En los últimos años, muchos fabricantes de equipos de prueba han desarrollado sistemas de medición sin contacto basados en dispositivos ópticos, de video y láser para superar los problemas asociados con los extensómetros de contacto. extensómetro óptico. La curva tensión-deformación simultánea se traza en papel cuadriculado. El siguiente procedimiento paso a paso se utiliza generalmente para realizar los cálculos

1. Marque las unidades de esfuerzo en lb/pulg2 en el eje x del gráfico. Esto se hace dividiendo la fuerza por el área de la sección transversal de la muestra

2. Marque las unidades de deformación en pulgadas/pulgadas. en el eje. Estos valores se obtienen dividiendo el valor del gráfico por el aumento seleccionado

3. Dibuje con cuidado una tangente KL a la parte inicial de la línea recta de la curva tensión-deformación

4. Seleccione dos puntos convenientes en la tangente

5. Dibuje una línea recta PQ y LM que conecte los puntos P y L con el eje y del gráfico.

Pressione/Forza/Modulo

Fuerza	Unidad
	psi
	MPa
	N/mm2
	kgf/cm2