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

¿Qué es la prueba 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 necesaria para romper una muestra metálica, compuesta o plástica y la medida en que la muestra se estira o alarga hasta ese punto de rotura.

Las pruebas de tracción se realizan en una variedad de materiales, incluidos metales, plásticos, elastómeros, papel, compuestos, cauchos, telas, adhesivos, películas, etc.

configuración de prueba de tracción
Figura 1. Máquina de prueba de tracción

Procedimiento de prueba de tracción

Las pruebas de tracción se utilizan para determinar cómo se comportarán los materiales bajo carga de tensión. En una prueba de tracción simple, normalmente se tira de una muestra hasta su punto de rotura para determinar la resistencia a la tracción máxima del material. La cantidad de fuerza (F) aplicada a la muestra y el alargamiento (∆L) de la muestra se miden a lo largo de la prueba. Las propiedades de los materiales a menudo se expresan en términos de  tensión  (fuerza por unidad de área,  σ ) y  deformación  (cambio porcentual en la longitud,  ε ). Para obtener la tensión, las medidas de fuerza se dividen por el área de la sección transversal de la muestra ( σ =  F / A). Las medidas de deformación se obtienen dividiendo el cambio de longitud por la longitud inicial de la muestra ( ε = ∆L / L). Luego, estos valores se presentan en una gráfica XY denominada curva tensión-deformación. Los procedimientos de prueba y medición varían según el material que se esté probando y su aplicación prevista.

Estándares y especificaciones de ensayos de tracción

ASTM E8 / E8M  – Prueba de tracción de materiales metálicos

ISO 6892  – Ensayos de tracción de materiales metálicos

ASTM D412  – Prueba de tracción de elastómeros

ISO 37  – Ensayos de tracción de elastómeros

ASTM D638  – Prueba de tracción de plásticos

ISO 527-2  – Ensayos de tracción de plásticos

ASTM A370 – Definiciones y métodos de prueba estándar para pruebas mecánicas de productos de acero

Importancia de la prueba de tracción

Las pruebas de tracción son fundamentales para seleccionar los materiales adecuados durante la investigación y el desarrollo. Las pruebas de tracción también se pueden utilizar para verificar que los materiales cumplan con los requisitos mínimos de resistencia y alargamiento.

Desde cables de puentes colgantes hasta arneses de seguridad, la vida útil puede depender de la calidad de sus materiales y productos, por lo que realizar pruebas de tracción precisas y confiables es una necesidad absoluta.

Las consecuencias de no adherirse a altos estándares pueden ser severas tanto en costos monetarios como humanos. El uso de materiales inapropiados puede resultar en la destrucción de la propiedad y una pérdida significativa de vidas. Los costos de los desastres provocados por la utilización de materiales de calidad inferior generalmente superan con creces los costos de realizar pruebas de tracción regulares.

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

¿Qué propiedades obtenemos de una prueba de tracción?

Las pruebas de tracción brindan información sobre diversas propiedades mecánicas de un material determinado. La prueba de tracción básica se realiza para conocer el límite elástico, la resistencia a la tracción y el alargamiento. Los más importantes se enumeran aquí:

  • Carga máxima
  • Deflexión de la carga máxima
  • Trabajar con carga máxima
  • Rigidez
  • Carga en rotura
  • Deflexión en la rotura
  • Trabajar en descanso
  • Pendiente de acorde
  • Estrés (resistencia a la tracción, límite elástico)
  • Deformación (% alargamiento / reducción)
  • Módulo de Young: este método de prueba se utiliza para determinar el comportamiento de una muestra bajo una carga de estiramiento axial. Los resultados de las pruebas de tracción comunes incluyen límite elástico, resistencia a la tracción, límite elástico, límite elástico, alargamiento y módulo de Young. El módulo de Young se informa comúnmente como N / mm2 (lbs / in2), MPA (psi).

Curva tensión-deformación

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

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 aplicaciones. Un gráfico de tensión-deformación nos dice muchas propiedades mecánicas como resistencia, tenacidad, elasticidad, límite de fluencia, energía de deformación, resiliencia y alargamiento 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 tensión con varios puntos adjuntos.

Fractura frágil y dúctil en prueba de tracción

Se pueden observar dos tipos de fracturas en los metales. Una fractura frágil, o fractura de cohesión, tiene lugar sin un flujo plástico sustancial y ocurre cuando el componente de tensión normal excede la tensión normal crítica. La fractura por cizallamiento ocurrirá cuando los componentes actuantes del esfuerzo cortante excedan el valor crítico del esfuerzo cortante. La gran deformación plástica ocurre antes de la fractura en la fractura por cizallamiento como resultado del deslizamiento de los planos atómicos en la estructura reticular. La falla en un material rara vez ocurre sin alguna deformación por cizallamiento. La fractura frágil presenta poca deformación y por lo tanto tiene una superficie de fractura plana; mientras que, la fractura por cizallamiento exhibe una gran deformación y la superficie de la fractura tiene la forma familiar de pirámide irregular con labios de cizallamiento.

La relación de la resistencia a estos dos tipos de fallas no permanece constante para un material dado, sino que depende de la temperatura y la velocidad a la que se aplica la carga. La resistencia al deslizamiento aumenta con una disminución de la temperatura y un aumento en la velocidad de deformación; por lo tanto, un diseño sujeto a bajas temperaturas y cargas de impacto es de particular interés.