¿Cómo afectan las diferentes geometrías de las muestras a los resultados de los ensayos de tracción?

Los resultados de los ensayos de tracción incluyen la resistencia a la tracción final, el límite elástico, el módulo de Young, la ductilidad y el exponente de endurecimiento por deformación. Todas estas propiedades pueden calcularse utilizando una máquina de ensayos universal equipada con el controlador, el software, las mordazas y los accesorios adecuados. La selección de las mordazas puede variar en función del tipo de material, la geometría y las dimensiones. En muchos casos, los tamaños y geometrías de las probetas están dictados por las normas ASTM.

En este blog se discutirá si las propiedades de tracción se ven afectadas si el mismo material estándar se ensaya en diferentes geometrías o dimensiones. La respuesta breve es que depende de la propiedad de tracción y de las características del material ensayado. Para un área de sección transversal dada y para cualquier longitud de calibre, las diferentes geometrías de las muestras no tienen ningún efecto sobre la resistencia a la tracción final y el límite elástico de los materiales estándar. Sin embargo, las diferentes longitudes de calibre y áreas de sección transversal tendrán efectos alteradores sobre ciertas propiedades, que se describen a continuación.

1- Efecto de diferentes longitudes de calibre

Comparemos dos probetas, hechas del mismo material, con dos longitudes de calibre diferentes:

Longitud de calibre de la probeta A >Longitud de calibre de la probeta B

Cuando se inicia el ensayo de tracción y se tira de la probeta A o de la probeta B, la deformación es uniforme a lo largo de la longitud de calibre hasta el punto en que se alcanza la fuerza máxima y se produce el inicio del estrangulamiento. El estiramiento en cada material es uniforme hasta este punto. A continuación, la fuerza comenzará a disminuir, como se muestra en la curva de tensión-deformación siguiente, y la reducción del área ya no será proporcional a la cantidad de estiramiento del material.

La región de cuello ocupará una porción mucho mayor de la longitud de calibre de 1 pulgada de la probeta B en comparación con la porción ocupada en la longitud de calibre de 2 pulgadas de la probeta A. Cuando el ensayo finaliza y las dos fracturas de las probetas se ajustan juntas, el porcentaje de alargamiento medido de la probeta B con la longitud de calibre menor será mayor que el porcentaje de alargamiento de la probeta A con la longitud de calibre mayor.

Ecuación 1:

Porcentaje de alargamiento = ∆L/L0 x 100

Donde:

• L0 es la longitud de calibre original
• ∆L es el cambio de longitud del calibre original. Medido después de la fractura de la probeta y el ajuste de la misma (véase la figura 2)

A medida que aumenta la longitud del calibre, el porcentaje de alargamiento disminuye.

2- Efecto de las diferentes áreas de la sección transversal

Esta vez, la probeta A y la probeta B, hechas del mismo material, tienen longitudes de calibre idénticas; sin embargo, el área de la sección transversal de la probeta A es mayor que el área de la sección transversal de la probeta B. De forma similar al concepto de la longitud del calibre y la parte ocupada por el cuello, la región del cuello ocupará una parte mucho mayor del área de la sección transversal más pequeña de la muestra B en comparación con la parte ocupada en el área de la sección transversal más grande de la muestra A.

El área de la sección transversal de una muestra tiene un efecto significativo en las mediciones de alargamiento. La relación de delgadez se mide por la longitud de la galga dividida por la raíz cuadrada del área de la sección transversal, por lo que es inversamente proporcional al área de la sección transversal.

Ecuación 2:

Relación de delgadez = L0/√A0

Donde:

• L0 es la longitud original de la galga.
• A0 es el área de la sección transversal original de la probeta

A medida que aumenta la relación de delgadez y disminuye el área de la sección transversal, disminuye el porcentaje de alargamiento.