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T1: Materiales y fabricación
Ensayos de tracción y tratamientos térmicos
Problema
2024 · Ordinaria · Titular
2
Examen

Se realiza un ensayo de tracción sobre una probeta normalizada de 100 mm100 \text{ mm} de longitud y 13,8 mm13,8 \text{ mm} de diámetro. Al aplicar una carga de 20000 N20000 \text{ N}, la longitud de la probeta aumenta hasta 105 mm105 \text{ mm}.

a) Calcular la tensión.b) Calcular el alargamiento y la deformación unitaria.c) Describir en qué consisten los tratamientos térmicos de los metales. Indicar dos ejemplos.
Ensayo de tracciónTensiónDeformación+1
a)

Calcular la tensión.Datos

F=20000 NF = 20000 \text{ N}
d0=13,8 mm=13,8×10−3 md_0 = 13,8 \text{ mm} = 13,8 \times 10^{-3} \text{ m}

Fórmulas

S0=πd024S_0 = \dfrac{\pi d_0^2}{4}
σ=FS0\sigma = \dfrac{F}{S_0}

Sustitución

S0=π(13,8×10−3 m)24=π(190,44×10−6 m2)4=4,761×10−5π m2=1,495×10−4 m2S_0 = \dfrac{\pi (13,8 \times 10^{-3} \text{ m})^2}{4} = \dfrac{\pi (190,44 \times 10^{-6} \text{ m}^2)}{4} = 4,761 \times 10^{-5} \pi \text{ m}^2 = 1,495 \times 10^{-4} \text{ m}^2
σ=20000 N1,495×10−4 m2\sigma = \dfrac{20000 \text{ N}}{1,495 \times 10^{-4} \text{ m}^2}

Resultado

σ=133,78×106 N/m2=133,78 MPa\sigma = 133,78 \times 10^6 \text{ N/m}^2 = 133,78 \text{ MPa}
b)

Calcular el alargamiento y la deformación unitaria.Datos

L0=100 mmL_0 = 100 \text{ mm}
Lf=105 mmL_f = 105 \text{ mm}

Fórmulas

ΔL=Lf−L0\Delta L = L_f - L_0
ε=ΔLL0\varepsilon = \dfrac{\Delta L}{L_0}

Sustitución

ΔL=105 mm−100 mm=5 mm\Delta L = 105 \text{ mm} - 100 \text{ mm} = 5 \text{ mm}
ε=5 mm100 mm=0,05\varepsilon = \dfrac{5 \text{ mm}}{100 \text{ mm}} = 0,05

Resultado

ΔL=5 mm\Delta L = 5 \text{ mm}
ε=0,05(adimensional)\varepsilon = 0,05 \quad\text{(adimensional)}
c)

Describir en qué consisten los tratamientos térmicos de los metales. Indicar dos ejemplos.Los tratamientos térmicos son procesos controlados de calentamiento y enfriamiento de metales para modificar su microestructura y, consecuentemente, sus propiedades mecánicas (dureza, resistencia, tenacidad, ductilidad, etc.) sin alterar su composición química. El objetivo es obtener materiales con características específicas para una aplicación determinada.Ejemplos de tratamientos térmicos:1. Recocido: Consiste en calentar el metal a una temperatura elevada (por encima de su temperatura crítica superior), mantenerlo a esa temperatura durante un tiempo y luego enfriarlo lentamente. Su objetivo es ablandar el material, aliviar tensiones internas, aumentar la ductilidad y tenacidad, y refinar el tamaño de grano. Se obtiene una microestructura de ferrita y perlita de grano grueso, más blanda y dúctil.2. Temple: Implica calentar el metal a una temperatura elevada, mantenerlo y luego enfriarlo rápidamente (generalmente en agua, aceite o sales). El enfriamiento rápido impide la formación de estructuras estables, transformando la austenita en martensita, una fase metaestable muy dura y frágil. Su objetivo principal es aumentar la dureza y resistencia mecánica del material, aunque a expensas de su tenacidad.