1.1.1. Determinación de propiedades
La evaluación del ensayo de tracción se realiza a partir de la curva tensión-deformación. Veremos a continuación los parámetros que podemos obtener de ella (tensiones, módulo elástico, deformación...)
Importante
Tensión de tracción (σt)
Se calcula como el cociente entre la fuerza de tracción soportada por la probeta y su sección transversal.
Importante
Límite elástico (σE)
Es la tensión mínima que hay que aplicar para que aparezcan deformaciones permanentes en el material.
También se puede definir como la máxima tensión que el material es capaz de soportar sin desviación de la ley de Hooke, es decir es una medida de su resistencia a la deformación elástica.
Se expresa en
fuerza por unidad de superficie, es decir en MPa, o en Kp/cm2.
Importante
Tensión de tracción a rotura (σR)
Es la tensión de tracción soportada por la probeta en el momento de su rotura.
Importante
Resistencia a la tracción (σmáx)
La resistencia a la tracción 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 a σmáx, la deformación es uniforme, pero al alcanzar esta tensión comienza a desarrollarse un cuello en la probeta (estricción).La reducción localizada de sección hace que la tensión que actúa en esa sección crezca localmente provocando un nuevo aumento del alargamiento en la zona del cuello con la consiguiente caída de la tensión nominal. Este proceso continúa hasta que la sección no es capaz de seguir deformándose y se produce la fractura.
La carga de rotura es una propiedad que también se puede utilizar para el cálculo de piezas que trabajan sometidas a esfuerzos aunque, en la actualidad, se tiende a emplear preferentemente el límite elástico.
La resistencia máxima a la tensión de un material se determina trazando una línea horizontal tangente a la gráfica del ensayo. La tensión a la que la línea intercepta al eje de tensión se denomina resistencia máxima a la tensión, o a veces simplemente resistencia a la tensión o tensión de fractura.
Este valor es mayor que la tensión de rotura, debido al fenómeno de estricción, ya que, como la sección se estrangula en la zona de rotura y el cálculo de tensión se realiza con la sección inicial, se está tomando una sección mayor que la real.
Cuanto más dúctil sea el metal, mayor será el decrecimiento en la tensión en la curva
Importante
Modulo de elasticidad o Módulo de Young (E)
Es la relación entre la tensión realizada y la deformación que provoca en el tramo lineal de la curva tensión-deformación (región elástica).
Sus unidades son MPa o N/mm2, o bien los Kp/cm2.
También podemos expresarlo como:
En general, los metales y aleaciones muestran una relación lineal entre la tensión y la deformación en la región elástica en un diagrama tensión–deformación que se describe mediante la ley de Hooke.
El módulo de elasticidad resulta ser igual, pues, a la tangente de la recta de la gráfica en su zona de proporcionalidad. Vemos que en esa región del diagrama tensión–deformación el módulo de elasticidad no cambia al aumentar la tensión.
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| Imagen 17. Elaboración propia. |
El módulo de Young tiene una íntima relación con la fuerza de enlace entre los átomos en un material. Los materiales con un módulo elástico alto son relativamente rígidos y no se deforman fácilmente. Así, de dos piezas con la misma geometría, sometidas a la misma solicitación mecánica que se hayan fabricado con distintos materiales, trabajando dentro del campo elástico, aquella con mayor módulo elástico será la que presente menores deformaciones.
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| Imagen 18. Elaboración propia. |
Importante
Coeficiente de seguridad (n)
Para garantizar que un material va a trabajar en la zona elástica, se aplica un coeficiente de seguridad, de modo que la tensión de trabajo σt siempre debe ser inferior a la tensión del límite elástico σE.
Se calcula según la fórmula:
Para saber más
La temperatura influye en los resultados de estos ensayos, porque el límite elástico, la resistencia a la tracción y el modulo de elasticidad disminuyen a temperaturas más altas, en tanto que, por lo general, la ductilidad se incrementa.
Por eso, las propiedades a la tracción dependen de la temperatura.
Ejemplo o ejercicio resuelto
Resuelve este ejercicio en el que debes calcular algunas de las propiedades vistas a partir de un ensayo de tracción.
Presta atención especial a las unidades.
En el gráfico adjunto se muestra la curva fuerza-incremento de longitud, resultante del ensayo de tracción de un material polimérico.
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DATOS DEL ENSAYO:
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| Imagen 19 . Elaboración propia. |
Calcular:
a) Módulo de Elasticidad o de Young (GPa).b) Resistencia a la Tracción (MPa).
c) %Alargamiento a la rotura (ε)
Para saber más
En esta dirección encontrarás un glosario en el que aparecen todos los términos relativos a la resistencia de los materiales: ensayos, deformaciones…, glosario que te puede aclarar algún concepto que no te haya quedado lo suficientemente claro.