¿Cuál es el procedimiento de prueba de tracción, los tipos de equipos y el informe de laboratorio?

¿Qué es el ensayo de tracción?​

La prueba de tracción, también conocida como prueba de tensión, es un método de prueba destructivo y el tipo más común de prueba mecánica. Esta prueba proporciona información sobre la resistencia a la tracción, el límite elástico y la ductilidad del material metálico. Mide la fuerza requerida para romper una muestra metálica, compuesta o plástica y la medida en que la muestra se estira o alarga hasta ese punto de ruptura.

Ensayo de tracción Procedimiento y experimento

El propósito de la prueba de tracción es determinar una o más propiedades de resistencia y deformación (porcentaje de elongación o reducción en el área) de acuerdo con ciertas condiciones (p. ej., temperatura ambiente o temperatura elevada) como se especifica en las normas de prueba. o código. Aquí, generalmente se carga un cupón de prueba de tracción hasta el punto de ruptura y se registra la fuerza de tracción requerida. Dado que el ensayo de tracción tiene un significado especial en la evaluación de los materiales base y en el examen de las uniones soldadas, las condiciones experimentales deben definirse con la mayor precisión posible, de modo que los diferentes laboratorios de ensayo siempre informen resultados limpios y comparables.

Cálculos de prueba de tracción

Durante la prueba, el valor de la carga aplicada (F) y el cambio de longitud ((∆L) de la muestra de prueba se miden continuamente. El valor de la tensión (fuerza/área unitaria, denotada por  σ ) ya sea tensión de fluencia o tensión de tracción y la deformación (porcentaje de elongación, indicado por ε ) se obtienen mediante el resultado de la prueba de tracción. El área de la sección transversal (en el centro de la muestra de prueba) de la muestra de prueba es necesaria para calcular el valor de la tensión o la resistencia a la tracción.

Fórmula y cálculo de resistencia a la tracción

La prueba de tracción basada en los datos de la prueba de tracción se calcula utilizando la siguiente fórmula:

Estrés (σ) = Fuerza (F) / Área de la sección transversal de la muestra de ensayo (A)

Donde, Fuerza en Newton y Área en mm 2 o pulgada 2 .

De manera similar, el valor de la deformación ( ε ) se calcula dividiendo el cambio de longitud (∆L) por la longitud original (L) de la muestra de ensayo. La deformación también se denomina con otro nombre, ya sea porcentaje de elongación o porcentaje de reducción.

Porcentaje de elongación/ porcentaje de reducción del área Fórmula

La deformación o el alargamiento porcentual o la reducción porcentual en el área se pueden calcular mediante la siguiente fórmula:

tensión (ε) = (∆LL)/∆L*100

Donde,

  1. ∆L es la longitud manométrica final,
  2. L es la longitud de calibre inicial

El porcentaje de elongación o elongación después de la fractura en un ensayo de tracción es la variación de longitud restante (∆LL) referida a la longitud de medición inicial (L) después de la fractura. De manera similar, la reducción del área, Z es el mayor cambio de sección transversal restante referido a la sección inicial después de la fractura de la muestra de prueba.

Estándares y especificaciones de prueba de tracción

Los principales estándares y especificaciones de prueba de tracción se enumeran a continuación. Estas normas se aplican a las pruebas de materiales y uniones soldadas.

  1. ASTM E8/E8M  : ensayo de tracción de materiales metálicos
  2. BS EN ISO 4136 : Ensayos destructivos de soldaduras en materiales metálicos. Ensayo de tracción transversal
  3. BS EN 895: Ensayos destructivos de soldaduras en materiales metálicos. Ensayo de tracción transversal
  4. ISO 6892  : ensayo de tracción de materiales metálicos
  5. ASTM D412  : prueba de tracción de elastómeros
  6. ISO 37  – Ensayos de tracción de elastómeros
  7. ASTM D638  – Ensayo de tracción de plásticos
  8. ISO 527-2  – Ensayos de tracción de plásticos
  9. ASTM A370: métodos de prueba estándar y definiciones para pruebas mecánicas de productos de acero

Importancia de la prueba de tracción

La prueba de tracción es la prueba mecánica más importante que es esencial para todo el diseño y la construcción mecánica. La prueba proporciona datos importantes para la selección, evaluación y control de calidad del material. La prueba ayuda a brindar información crítica para garantizar la integridad del material de que cumplirá con la resistencia a la tracción/límite elástico y el alargamiento mínimos requeridos para la vida útil del producto.

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Todos los diseños de ingeniería críticos, como puentes, ferrocarriles, aeroespaciales y maquinaria donde la vida humana puede estar en riesgo, se basan en la confiabilidad de los datos obtenidos por la prueba de tracción. En estas aplicaciones, los roles de prueba de tracción son muy importantes. Un resultado erróneo o no cumplir con los estándares de diseño puede poner en riesgo la vida tanto económica como humana. El gasto financiero de tales incidentes fatales causados ​​por una selección de material deficiente es mucho más alto que el costo de realizar pruebas de tracción habituales de los materiales.

¿Cuáles son los tipos de ensayos de tracción?

La prueba de tracción se puede clasificar en los siguientes tipos según los propósitos que se enumeran a continuación:

  • Bajo una carga en continuo aumento (suave) : prueba clásica de tracción cuasiestática
  • Bajo carga de reposo constante (estática): prueba de tracción estática
  • Bajo carga alterna para la determinación de la curva de deformación por tensión cíclica : LCF (fatiga de ciclo bajo)
  • A temperatura ambiente (10 a 35 °C): Ensayo de tracción estándar
  • A temperaturas elevadas (demasiado por encima de 1000 °C): Prueba de tracción a temperatura elevada o prueba de tracción en caliente
  • A bajas temperaturas o prueba de tracción a temperatura criogénica (hasta -269 °C) 
  • A velocidades de prueba muy bajas: pruebas de fluencia
  • A velocidades de prueba elevadas: prueba de tracción a alta velocidad.

Curva de tensión-deformación

Las curvas de tensión y deformación resaltan la deformación del material en respuesta a aplicaciones de carga de tracción, compresión o torsión. Según el material que se esté probando (ya sea frágil o dúctil, por ejemplo), una curva de tensión y deformación puede indicar las propiedades clave del material, incluida su región elástica, la región plástica, el límite elástico y la resistencia máxima a la tracción.

La curva de tensión-deformación proporciona a los ingenieros de diseño e ingenieros estructurales una larga lista de parámetros importantes necesarios para el diseño de la aplicación. Un gráfico de tensión-deformación nos dice muchas propiedades mecánicas, como resistencia, tenacidad, elasticidad, límite elástico, energía de deformación, resiliencia y elongación durante la carga de la muestra de tracción. Estas propiedades son sumamente valiosas para muchas aplicaciones de ingeniería que tienen un diseño exitoso y confiable.

En la siguiente figura se muestra una curva típica de mancha de estrés con varios puntos adjuntos.

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Fractura frágil y dúctil en ensayo de tracción

En materiales de ingeniería, la fractura del material se produce por los siguientes tipos:

  1. Fractura frágil , (fractura de cohesión o clivaje)
  2. fractura dúctil
  3. Mezcla de fractura frágil y dúctil

En una fractura frágil, la fractura del material carece de cualquier deformación plástica importante y, por lo tanto, la muestra de tracción después de la fractura muestra una superficie plana sin estrechamiento en el área de la fractura. La fractura frágil ocurre tanto transgranular como intergranular. Se observa principalmente en materiales cúbicos centrados en el cuerpo (BCC), ya que pierden su capacidad de deslizamiento (pierden ductilidad y plasticidad) a nivel atómico a medida que baja la temperatura. Las condiciones para este mecanismo de fractura existen cuando se excede el esfuerzo de tracción normal más alto del material. Por lo tanto, la fractura frágil es una fractura por estrés normal.

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Por otro lado, la fractura dúctil exhibe una deformación plástica significativa como estrechamiento en el área de fractura. Aquí, el material se comporta plásticamente y por lo tanto es dúctil. En términos de estructura atómica del material, la fractura dúctil puede ocurrir en BCC (cúbica centrada en el cuerpo), HCP (empaque cerrado hexagonal) y FCC (cúbica centrada en la cara). Excepto FCC, BCC y HCP dependen de la temperatura. Por lo general, en los materiales BCC y HCP, a medida que baja la temperatura, comienzan a mostrar una fractura frágil. Hay una caída significativa en este fenómeno a temperatura bajo cero. Por lo tanto, es un factor significativo cuando se diseña una pieza para propiedades de dureza y baja temperatura (carga de impacto).