El ensayo de tensión es una técnica fundamental utilizada en la ingeniería de materiales para evaluar las propiedades de resistencia y comportamiento de los materiales bajo carga. Esta prueba es crucial en la industria, ya que proporciona información valiosa sobre la calidad, durabilidad y confiabilidad de los materiales utilizados en una amplia gama de aplicaciones.
En este artículo, exploraremos en detalle qué es el ensayo de tensión, cómo se lleva a cabo y por qué es tan importante en la ciencia de materiales.
¿Qué es el ensayo de tensión?
El ensayo de tensión es una prueba mecánica en la que se aplica una fuerza de tracción gradual a una muestra de material hasta que se produce la fractura. Durante la prueba, se mide la resistencia del material a la deformación y se evalúa su capacidad para soportar cargas de tracción. Los resultados obtenidos permiten determinar propiedades clave, como la resistencia a la tracción, el límite elástico, la elongación y la ductilidad del material.
Proceso del ensayo de tensión
El ensayo de tensión se lleva a cabo utilizando una máquina de ensayos que aplica una carga gradual y controlada sobre la muestra. La muestra se coloca en la máquina y se somete a una fuerza de tracción uniaxial. A medida que se aplica la carga, se registran la fuerza y la deformación experimentadas por la muestra. Estos datos se utilizan para trazar una curva de tensión-deformación, que muestra cómo el material responde a la carga y proporciona información sobre su comportamiento elástico y plástico.
Máquina de ensayo de tracción
Cuando se trata de realizar ensayos de tracción, las máquinas de ensayo desempeñan un papel fundamental. Estas máquinas vienen en configuraciones de una o dos columnas, dependiendo de su capacidad de fuerza.
Veamos algunos de los componentes clave que se encuentran en estas máquinas:
- Bastidor de Carga: El bastidor de carga es la estructura principal de la máquina y proporciona la estabilidad necesaria durante el ensayo. Puede ser de una columna o de dos columnas, dependiendo de los requisitos de fuerza del ensayo.
- Software: El software de prueba es una parte integral de la máquina de ensayo de tracción. Los operadores utilizan este software para configurar los métodos de prueba y obtener los resultados de salida. Permite controlar la velocidad de carga, establecer parámetros de prueba y registrar los datos obtenidos durante el ensayo.
- Célula de Carga: La célula de carga es un transductor que mide la fuerza aplicada a la muestra de prueba. En el caso de las células de carga Instron, ofrecen una precisión de hasta 1/1000 de la capacidad de la célula de carga. Esto garantiza mediciones precisas y confiables de la fuerza ejercida sobre la muestra durante el ensayo.
- Mordazas y Utillajes: Para acomodar muestras de prueba de diferentes materiales, formas y tamaños, se utilizan una amplia gama de mordazas y utillajes. Estos componentes sujetan la muestra de manera segura durante el ensayo y garantizan una carga uniforme.
- Medición de la Deformación: En algunos casos, es necesario medir el alargamiento o la deformación de la muestra bajo carga durante el ensayo de tracción. Por ejemplo, el sistema AVE2 de Instron permite medir cambios en la longitud de la muestra con una precisión de hasta ±1 µm o el 0,5 % de la lectura. Esto permite registrar con precisión los cambios en la deformación de la muestra durante el ensayo.
PREPARACIÓN DE MUESTRAS: Estándares y Geometrías
La preparación de muestras para ensayos de tracción requiere tener en cuenta la geometría del material y las normas o métodos de ensayo aplicables. Organismos reguladores como ASTM e ISO establecen requisitos estandarizados para muestras, lo que permite una comparación confiable de propiedades entre diferentes lotes y fabricantes.
Las muestras de tracción generalmente se mecanizan o moldean en forma de “huesos de perro”, que cuentan con “hombros” diseñados para ser sujetados por las mordazas de la máquina de ensayo, y una “longitud libre entre mordazas” donde se medirán las propiedades de tracción. Las dimensiones de los hombros, la longitud libre y la longitud y anchura total de la muestra se especifican según la norma de ensayo aplicable.
INSERCIÓN DE LA MUESTRA EN LAS MORDAZAS: Tipos de Mordazas y Dispositivos de Alineación
Dependiendo de las dimensiones y textura del material, pueden requerirse diferentes tipos de mordazas y superficies de mordazas para sujetar adecuadamente las muestras. Las mordazas se encuentran disponibles en una amplia variedad de capacidades de fuerza y pueden tener superficies recubiertas de goma, lisas, dentadas y otros tipos.
Para garantizar que la fuerza se aplique en la dirección correcta, existen dispositivos de alineación que ayudan a los operadores a insertar las muestras en las mordazas de manera precisa.
DISPOSITIVOS DE MEDICIÓN DE LA DEFORMACIÓN: Uso de Extensómetros
La medición de la deformación es un parámetro esencial en la caracterización de materiales durante los ensayos de tracción, y la mayoría de las normas de ensayo lo requieren.
Para llevar a cabo esta medición, se utilizan dispositivos como los extensómetros. Los extensómetros de contacto, como los de tipo pinza, se acoplan a la muestra después de haberla colocado en las mordazas. Estos dispositivos permiten medir de manera precisa la deformación experimentada por la muestra bajo tensión.
Importancia del ensayo de tensión
El ensayo de tensión es esencial en el desarrollo y control de calidad de materiales, ya que permite evaluar su resistencia, ductilidad y capacidad para soportar cargas. Los resultados obtenidos en el ensayo de tensión son utilizados por ingenieros y diseñadores para seleccionar los materiales adecuados para aplicaciones específicas, predecir su comportamiento en condiciones de carga y asegurar la seguridad y confiabilidad de los productos finales.
Además, el ensayo de tensión también es utilizado en la investigación y desarrollo de nuevos materiales, permitiendo mejorar el diseño y la fabricación de productos innovadores.
Ensayo De Tensión
Un ensayo de tensión es una prueba que se realiza para evaluar la resistencia de un material a la deformación bajo carga. Se aplica una fuerza gradualmente creciente al material hasta que se produce su fractura. Durante el ensayo, se registran la carga aplicada y la deformación resultante.
El objetivo del ensayo de tensión es determinar las propiedades mecánicas del material, como la resistencia a la tracción, el límite elástico, la elongación y la reducción de área. Estos datos son importantes para el diseño y la selección de materiales en aplicaciones donde la resistencia estructural es crucial.
El ensayo de tensión se realiza siguiendo normas específicas, que establecen las condiciones de prueba, como la velocidad de aplicación de la carga y las dimensiones de las muestras. Las muestras generalmente son cilíndricas y se someten a una carga axial unidireccional.
Durante el ensayo, se registran los valores de carga y deformación, y se traza una curva de tensión-deformación, también conocida como curva de esfuerzo-deformación. Esta curva proporciona información sobre el comportamiento del material, como su rigidez, ductilidad y fragilidad.
Ensayo de tensión principales datos mecánicos
Los datos obtenidos del Ensayo de Tensión incluyen:
- Carga aplicada: La fuerza externa aplicada al material durante el ensayo.
- Deformación: El cambio en la longitud o forma del material debido a la carga aplicada.
- Tensión: La carga aplicada dividida por el área transversal original de la muestra. Representa la intensidad de la fuerza que actúa en el material.
- Curva de tensión-deformación: Una representación gráfica que muestra la relación entre la tensión y la deformación del material a medida que se aplica la carga.
- Resistencia a la tracción (UTS): El valor máximo de tensión que el material puede soportar antes de fracturarse.
- Límite elástico (Límite Elástico, σYS): El punto en la curva de tensión-deformación donde el material deja de deformarse elásticamente y comienza a mostrar deformación permanente.
- Elongación: La cantidad de alargamiento experimentado por la muestra antes de su fractura, expresada como un porcentaje de su longitud original.
- Reducción de área: La disminución en la sección transversal de la muestra después de la fractura, expresada como un porcentaje de su área original.
- Módulo de elasticidad: La relación entre el cambio de tensión y el cambio correspondiente de deformación en la región elástica del material. Representa su rigidez.
- Comportamiento ductil o frágil: Se puede determinar observando la forma de la curva de tensión-deformación y la cantidad de deformación plástica antes de la fractura.
Estos datos son fundamentales para evaluar la calidad y el rendimiento de los materiales utilizados en diversas aplicaciones industriales.
Curva tensión-deformación
La curva de tensión-deformación es una representación gráfica que muestra la relación entre la tensión y la deformación experimentada por un material durante el ensayo de tensión. En esta curva, la deformación se representa en el eje horizontal y la tensión en el eje vertical.
La curva típica de tensión-deformación consta de varias etapas:
- Etapa elástica: En esta etapa inicial, la curva es una línea recta. El material se deforma elásticamente y, al retirar la carga, recupera su forma original. La relación entre la tensión y la deformación es proporcional, y se define por el módulo de elasticidad del material.
- Límite elástico: Cuando se supera cierto nivel de tensión, el material comienza a experimentar una deformación plástica permanente. El límite elástico marca el punto en el que la curva se desvía de la línea recta inicial y se vuelve ligeramente curva.
- Fluencia: Después del límite elástico, el material se deforma de manera más significativa sin aumentar considerablemente la tensión aplicada. Esta región de deformación plástica constante se conoce como fluencia. La curva se vuelve más pronunciadamente curva en esta etapa.
- Endurecimiento: A medida que se continúa aplicando la carga, la tensión necesaria para deformar el material aumenta gradualmente. Esto se debe al endurecimiento del material, donde la estructura interna se reorganiza y resiste aún más la deformación.
- Fractura: Finalmente, cuando la tensión alcanza su máximo valor, el material se rompe, y la curva de tensión-deformación muestra una caída brusca en la tensión. Este punto de fractura indica la resistencia máxima del material, conocida como resistencia a la tracción.
La forma y características de la curva de tensión-deformación pueden variar según el tipo de material y su comportamiento mecánico. Estos datos son fundamentales para comprender las propiedades y el rendimiento del material en diferentes aplicaciones.
