ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO. FACULTAD MECANICA. ESCUELA INGENIERÍA INDUSTRIAL.
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Institución: ESPOCH Facultad: MECANICA Escuela: INGENIERÍA INDUSTRIAL Carrera: INGENIERÍA INDUSTRIAL Área Académica: Académica: RESISTENCIA DE MATERIALES. Estudiante(a): -
Nombres y Apellidos: Juan Carlos Villarroel Pére Nivel: Se!"o II Código: #$%& Feca: '(-##-&(#) !ema: In*or+e ,e Laora"orio.
ESP ES POC OCH H-RI RIOB OBAM AMBA BA-ECUADOR. -ECUADOR. 1. Tem Tema a. ENSAYO CHARPY DE UN ACERO 1045 Y UN ACERO 440 Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
). O*+e#",!. " " " " "
Determinar la tenacidad de un acero AISI-SAE 1045. Determinar la tenacidad de un acero AISI-SAE 4340. Determinar qué tipo de fractura tendrán estos tipos de aceros. Anali!ar la super"cie de rotura en la pro#eta$ mediante el ensa%o de tintas penetrantes. &omparar los 'alores o#tenidos con los de un catálo(o.
. Ma#e'"a(e! E/"!. Materiales y Equipos Calibrador
)ro#eta *AISI-SAE 1045+
)éndulo &,arp%
Probeta (AISI-SAE 4340)
Herramienta para la ubiai!n de la Probeta
4. Ma'% Te2'"%. Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
)ara el desarrollo del arco e/rico de la práctica reali!ada$ nos #asaremos en la orma ASTM E-).
De3$"%"$ &e P'e*a &e Ima%# Se$ ASTM E-) os ensa%os de c,oque determinan$ pues$ la fra(ilidad o capacidad de un material de a#sor#er car(as instantáneas$ por el tra#a2o necesario para introducir la fractura de la pro#eta de un solo c,oque$ el que se re"ere a la unidad de área$ para o#tener lo que se denomina resiliencia.
La N'ma E!#6$&a' ASTM E-) 'e!e$#a (a! !""e$#e! e7"e$%"a! a'a (! e$!a! C8a'-Ima%#9 a) La máquina debe ser de construccion rígida y con capacidad energética sufciente para romper la probeta de un solo golpe. b) La máquina no debe ser usada para valores mayores al 80% del rango de la escala. c) La velocidad no debe ser menor a 3 ms ni mayor a ! ms. d) "l error en la escala en cualquier punto no debe e#ceder al 0$% del rango o 0$&% de la lectura. e) "l plano de movimiento del péndulo$ debe ser perpendicular al e'e transversal de la muestra y no debe desviarse 3(000 *unidades de longitud). +) "l dispositivo de liberaci,n del péndulo desde su punto inicial debe operar libremente y no ser impulsado$ retardar o vibrar el péndulo.
ACE"# AISI-SAE $04% (&'S $04%0) $ *esripi!n+ Es un acero utili!ado cuando la resistencia % dure!a son necesarios en condici/n de suministro. Este acero medio car#ono puede ser for2ado con martillo. esponde al tratamiento térmico % al endurecimiento por llama o inducci/n$ pero no es recomendado para cementaci/n o cianurado. &uando se ,acen prácticas de soldadura adecuadas$ presenta solda#ilidad adecuada. )or su dure!a % tenacidad es adecuado para la fa#ricaci/n de componentes de maquinaria. , 'ormas inoluradas+ AS A10 3 Propiedades me.nias+ Dure!a 13 67 *4 6#+ Esfuer!o de 8uencia 310 )a *45000 )SI+ Esfuer!o má9imo 55 )a *1:00 )SI+ Elon(aci/n 1; *en 50 mm+ educci/n de área *40;+ /dulo de elasticidad 00 <)a *:000 =SI+ aquina#ilidad 5>; *AISI 11 ? 100;+ 4 Propiedades /sias+ Densidad >.> (@cm3 *0.4 l#@in3+ % Propiedades qumias+ 0.43 0.50 ; & 0.0 0.:0 ; n 0.04 ; ) má9 0.05 ; S má9 1 &sos+ os usos principales para este acero es piBones$ cuBas$ e2es$ tornillos$ partes de maquinaria$ ,erramientas a(rCcolas % remac,es.
Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
2 ratamientos trmios+ Se da normali!ado a :00& % recocido a >:0&
ACE"# SAE 4340 $ Caraterstias+ SAE 4340 *34 &rio+ , Composii!n 5umia+ 0.3-0.43;& 0.>-0.:;&r 1.5-.0;i 0.0.;n 0.-0.3;o 0.15-0.35;Si 0.00:;) 0.00;S 0.0:3;&u 3 Estado de suministro+ 7oni"cado 4 *ure6a de suministro+ >5-30 67 % Propiedades+ - &onser'a la dure!a % resistencia a alta temperatura de#ido al cromo$ man(aneso % moli#deno. - e2ora la resistencia al des(aste de la super"cie endurecida % la tenacidad del nFcleo de#ido al cromo$ nCquel$ moli#deno % man(aneso. - ienen alta templa#ilidad ,asta en medidas (randes proporcionada por el cromo$ nCquel$ man(aneso % moli#deno. Son menos suscepti#les al fra(ili!ado$ de#ido al re'enido$ lo que permite recocerlo a altas temperaturas para eliminar tensiones de#ido al efecto del cromo$ nCquel % moli#deno. - Altamente resistente a la tracci/n$ torsi/n % a cam#ios de 8e9i/n$ de#ido al efecto de man(aneso$ moli#deno % el car#ono.- )uede utili!arse para tra#a2o en caliente *G400H&+.- Insensi#le al so#recalentamiento en el for2ado % li#re de propensi/n a rotura de re'enido$ de#ido al cromo$ nCquel % man(aneso.- )or su estado de suministro de #oni"cado$ permite su aplicaci/n sin necesidad de tratamiento térmico adicional. 1 Apliaiones+ - Se usa muc,o en la industria de la aeronáutica para las partes estructurales del ensam#le de las alas$ fusela2e % tren de aterri!a2e$ e2es para ,élices de a'iones. - )artes de maquinarias % repuestos de ma%ores dimensiones sometidos a altos esfuer!os dinámicos como pernos % tuercas de alta tensi/n$ ci(eBales$ e2es de le'a$ ár#oles de transmisi/n$ #arras de torsi/n$ e2es cardán$ e2es de #om#as$ tornillos sin "n$ rodillos de transportadora$ 'ásta(os$ pines$ #ra!os de direcci/n$ discos de em#ra(ue. De uso en atrices de (randes masas para estampar en caliente *#ielas$ ci(eBales+. ratamiento érmicoJ - empleJ 30-0H& edio de enfriamientoJ Aceite 55 6& - e'enidoJ 100H& *546&+ 00H& *536&+ 300H& *56&+ 400H& *5145.36&+ 500H&*4:-416&+ 00H& *44-31.56&+. - ecocido :0->0H& 3 6& - &ementaci/nJ HJ :40H& 6& - itruraci/nJ ?50H& t? ,oras - &ar#onitruraci/nJ ?0H& t?1.5 ,oras *14+
Pa'a (a e(e%%"2$ &e (a '*e#a: !e$ ASTM E-) e( e!#6$&a' 'e%m"e$&a #'e! #"! &e '*e#a!.
Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
La +orma de la ranura es muy importante ya que si es de +orma(
-abrá mayor concentraci,n de es+uero. )ero si es de la si(uiente formaJ
-ay menos concentraci,n de es+uero. /iagrama /imensional epresentativo 1éndulo 2arpy.
/iagrama /imensional epresentativo del 4mpacto en el material e'ercido por el 1éndulo 2arpy.
Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
Ep 1 = Ep 2 + E absorbida E absorbida= Ep 1− Ep 2
P'e%a%"2$ ASTM E-) a'a 'ea'a%"2$ &e (a! '*e#a!. Se de#en medir cuidadosamente las pro#etas con instrumentos de medici/n con'encionales % decidir qué tipos de pro#eta se 'an a usar en nuestra práctica. &omo se o#ser'an en las "(uras anteriores$ las pro#etas tienen una ranura o incisi/n. Dic,a ranura tiene el o#2eto de que la pro#eta se rompa de un solo (olpe (aranti!ando asi que la pro#eta se rompe por una secci/n determinada.
Asi se muestra la concentraci/n de esfuer!os alrededor de la entalladura % la posi#le propa(aci/n de la deformaci/n.
G'a3%a e!;e'< = De;'ma%"2$.
ε
∫
T = δ . ( ε ) . dε 0
*5oporta asta romperse)
Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
εL
∫ σ . ( ε ) . dε
R=
0
K =
*6bsorve energía en ona elástica)
∈ absorbida
A seccion
C$%e#! a #e$e' 'e!e$#e. Te$a%"&a& >T )( En ciencia de materiales$ la tenacidad es la ener(Ca total que a#sor#e un material antes de alcan!ar la rotura en condiciones de impacto$ por acumulaci/n de dislocaciones. Se de#e principalmente al (rado de co,esi/n entre moléculas.
Re!"(e$%"a >R?9 En in(enierCa$ se llama resiliencia de un material a la ener(Ca de deformaci/n *por unidad de 'olumen+ que puede ser recuperada de un cuerpo deformado cuando cesa el esfuer!o que causa la deformaci/n. % P'%e&"m"e$# De!a''((. Proedimiento y desarrollo para la pr.tia on el a%e' AISI-SAE $04% En esta práctica de#emos tener en cuenta que las dimensiones de la pro#eta de a%e' AISI-SAE $04% K eran las que la norma ASTM E-) dicta en su articulado$ ca#e recalcar las dimensiones de esta pro#eta antes de la descripci/n de procedimiento % desarrollo * 12 mmancho× 12 mmalto× 55 mmlongitud +. 1. )reparaci/n de la máquina$ para reali!ar el ensa%o.
. Su#ir el martillo ,asta la posici/n más alta$ para el impacto a reali!ase.
Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
3. Encerar el péndulo$ para determinar la ener(Ca a#sor#ida$ despues del impacto en la pro#eta.
4. &uando el martillo este en la parte más alta % completamente estático$ colocaremos la pie!a a reali!ar la practica en la parte inferior de la maquina con a%uda de su ,erramienta de colocaci/n colocando la parte de la ranura posterior al lu(ar donde se reci#irá el impacto asi
5. 7a2ar la compuerta de se(uridad de la máquina$ para que al momento del impacto la pro#eta no sal(a disparada al personal de se encuentra presente$ sino sal(a desprendida ,acia otro lado$ % no sufrir daBo al(uno.
Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
. A,ora de2aremos caer li#remente el martillo de impacto so#re la pro#eta colocada en la parte inferior de la máquina$ o#ser'ando asi los resultados$ al momento de que la pro#eta sal(a disparada por la parte posterior de la máquina$ (racias al (olpe reci#ido. K#ser'aremos asi los cam#ios que se dieron en la pro#eta$ diferenciando las condiciones iniciales$ a las condiciones "nales en las que termino la misma. >. K#ser'aremos como resultado la ener(Ca a#sor#ida por la pro#eta$ por medio del relo2 que marca la ener(Ca en el péndulo$ anteriormente encerado.
. os cam#ios que sufri/ la pro#eta se o#ser'aran asC
El proedimiento y desarrollo para la pr.tia on el a%e' SAE 4340 es el mismo que desribimos anteriormente para el aero a%e' AISISAE $04% 1 Analisis de "esultados &omo resultado de la práctica$ o#ser'amos la rotura total de nuestra pro#eta. Esto como resultado de que la fuer!a e2ercida al momento del impacto fue muc,o ma%or a la que podrá soportar la pro#eta en condiciones estáticas. Además podemos 'isuali!ar en el relo2$ en la parte superior del péndulo &,arp% la cantidad de ener(Ca a#sor#ida por nuestra pro#eta$ en este caso es una ener(Ca mu% #a2a. )ara los tratamientos de resultados$ en máquinas que no o#ten(an directamente los resultados de la ener(Ca a#sor#ida$ necesariamente se de#erán reali!ar los si(uientes cálculos.
Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
E= m . g . ( h ∝−hβ )
Donde m?masa
del péndulo. h ∝= R− R . cos ∝= R ( 1−cos ∝ ) hβ = R − R .cosβ = R ( 1− cosβ )
"esultados de la pr.tia on el aero $04% Lalores del catálo(o de M&aracteri!aci/n de )ropiedades ecánicas de los Aceros para construcci/n de aquinaria que se &omerciali!an en el EcuadorN
1ero para nuestro caso la energía se determin, automáticamente en el relo' del péndulo.
A'7"ma&ame$#e (a '*e#a a*!'*"2 15 @(e! a'a ! &e;'ma%"2$. Este es un 'alor no acepta#le al comparar con los 'alores de la ta#la del catálo(o de M&aracteri!aci/n de )ropiedades ecánicas de los Aceros para construcci/n de aquinaria que se &omerciali!an en el EcuadorN$ de#emos recordar que los 'alores de la pro#eta no eran los indicados.
Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
Ca(%( &e( %e3%"e$#e &e Te$a%"&a& E ( Energia Absorbida por la Probeta ) K = A ( Area de Roturade la Probeta) K =
K =
K =
E A 1 5 Joules 1,2 cm× 1 0025 c m
1 5 Joules 1 203 c m
K = 15,5
2
Joules cm
2
"esultados de la pr.tia on el aero 4340 1ero para nuestro caso la energía se determin, automáticamente en el relo' del péndulo.
A'7"ma&ame$#e (a '*e#a a*!'*"2 5 @(e! a'a ! &e;'ma%"2$.
Ca(%( &e( %e3%"e$#e &e Te$a%"&a& E ( Energia Absorbida por la Probeta ) K = A ( Area de Roturade la Probeta) K =
K =
K =
E A 5 Joules 1 cm× 0.8 cm
15 Joules 0,8 cm
2
Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
K = 18 7 5
Joules cm
2
2 Ensayos 'o *estrutios mediante intas Penetrantes y An.lisis de 7raturas Ona 'e! o#tenido las partes de la pro#eta fracturadas$ nos 'emos en la o#li(aci/n de reali!ar un ensa%o de tintas penetrantes para poder tener conocimiento más a'an!ado del análisis de fracturas % ase(urarnos si la pro#eta de de#Ca o no romper con la fuer!a %a o#tenida en el péndulo &,arp%.
intas penetrantes ipo de tintas penetrante8 remoedor y reelador utili6ados Los líquidos utilizados son las siguientes:
Penetrante J Se ,a utili!ado un penetrante Su aplicaci/n a la pie!a es mediante la pul'eri!aci/n con aerosoles. "eelador+ Su aplicaci/n so#re la pie!a es a tra'és de la pul'eri!aci/n. ipoJ re'elador ,Fmedo compuesto de pol'o #lanco en suspensi/n de disol'ente *que es el que se suele utili!ar para los penetrantes ro2os+.
de
color
ro2o.
"emoedor : El remo'edor es un disol'ente en fase lCquida que se aplica so#re un papel impre(nándolo % frotando la super"cie de la pie!a.
Mtodo de Apliai!n Penetrantes (9P) $ 9impie6a Preia
de
los
9quidos
Es necesaria la impie!a )re'ia de la super"cie antes de la aplicaci/n del Cquido )enetrante$ pues si la super"cie de la pie!a estu'iera conteniendo aceites$ (rasas u otras suciedades que puedan o#struir la a#ertura de la "sura$ el Cquido )enetrante cuando es aplicado en la super"cie no conse(uirá penetrar en la "sura por lo que el ensa%o estará totalmente comprometido.
Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
, Apliai!n de 9quido Penetrante El Cquido )enetrante puede ser aplicado en la super"cie de la pie!a de 'arias maneras$ pues el o#2eti'o principal es formar un "lme so#re esta super"cie$ para que en cualquier parte del material a ensa%ar este cu#ierto con iquido )enetrante % por lo tanto pueda ser posi#le detectar una "sura. as técnicas de aplicaci/n más utili!adas son la aplicaci/n a pincel$ pistola de pintura$ aerosol. a inmersi/n$ se utili!a cuando se anali!an pie!as pequeBas$ aplicándose normalmente a un proceso de producci/n seriada. El Cquido penetrante de#erá estar so#re la super"cie en inspecci/n por un periodo denominado iempo de )enetraci/n$ que es el tiempo necesario para que el Cquido penetre en el interior de la "sura. Este tiempo en promedio 'arCa entre 10 a 30 minutos
3 "emoi!n de 9quido Penetrante ue(o de terminar el tiempo de penetraci/n$ el lCquido penetrante de#e ser remo'ido de la super"cie de inspecci/n. El modo como es reali!ada la remoci/n tam#ién es una forma de clasi"caci/n del tipo del lCquido penetranteJ a+ a'a#le al A(uaJ Se remue'e el e9ceso de iquido )enetrante de la super"cie a tra'és de un la'ado con a(ua. Este tipo de penetrante %a posee en
Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
su composici/n un aditi'o emulsionante que facilita su remoci/n cuando entra en contacto con el a(ua. #+ )ost Emulsi"ca#leJ *ormalmente para Cquidos )enetrantes Pluorescente+J
&omo este tipo de )enetrante no posee nin(Fn emulsionante en su composici/n es necesario que el e9ceso del )enetrante que está en la super"cie de ensa%o entre en contacto primero con un producto especial llamado Emulsi"cador. c+ emo'i#le al sol'enteJ El e9ceso de este penetrante normalmente se remue'e con el au9ilio de un sol'ente de limpie!a. &on la utili!aci/n de paBos secos % de al(od/n se puede remo'er (ran parte del e9ceso del )enetrante % posteriormente con el mismo tipo de paBo pero a,ora ,umedecido con un sol'ente$ se remue'e el resto del e9ceso. Este tipo de )enetrante se torna #astante sensi#le cuando se aplica en super"cies planas.
4 "eelai!n a etapa de la re'elaci/n es la etapa en que se forman las indicaciones so#re la super"cie en inspecci/n. a funci/n del e'elador es e9actamente la de a#sor#er ,acia la super"cie el resto del Cquido )enetrante que quedo contenido dentro de la discontinuidad *"sura+ después de la etapa de remoci/n del e9ceso. os e'eladores se presentan en tres formas #ásicasJ a. e'eladores Acuosos #. e'eladores o Acuosos c. e'eladores Secos Siendo que el más sensi#le de ellos es el re'elador o Acuoso por propiciar una camada de re'elador muc,o más uniforme % que por ser diluido en un sol'ente especi"co posee un tiempo de secado adecuado a la me2or de"nici/n de las indicaciones que se formen.
Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
5. Inspecci/n Pinal a inspecci/n 'isual que se reali!a después de la preparaci/n de la super"cie por las etapas anteriormente e9plicadas puede ser reali!ada #a2o lu! #lanca o 'isi#le cuando el Cquido )enetrante utili!ado es del tipo ro2o.
Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
: Conlusiones
o
o
o
o
a pro#eta de acero acero AISI-SAE 1045$ se rompi/ totalmente$ la tenacidad de este acero resulto ser de 15 Qoules$ en el relo2 del péndulo &,arp%. a pro#eta de acero acero AISI-SAE 4340$ se rompi/ totalmente$ la tenacidad de este acero resulto ser de 5 Qoules$ en el relo2 del péndulo &,arp%. De las fracturas o#tenidas en el ensa%o de &,arp% entre estas pro#etas de aceros diferentes podemos concluir diciendo que son de tipo Pactura Prá(il. &ompro#amos que las pro#etas esta#an en /ptimas condiciones para reali!ar el ensa%o de c,arp%$ %a que lue(o de la aplicaci/n de tintas penetrantes no se o#tu'o nin(Fn tipo de fallas en las áreas tratadas.
; "eomendaiones o
o
)ara o#tener me2ores conocimientos$ de#erCa cada alumno reali!ar una pequeBa práctica o inter'enci/n en la práctica que se está lle'ando aca#o. eali!ar prácticas de Ensa%o de Impacto-/dulo de &,arp% con más materiales de diferentes propiedades mecánicas.
$0
"esistenia de Hibeerle "esistenia de Sin=er >ttp+??es@iipediaor=?@ii?EnsayoBdeBtraiC3<3 >ttp+??@@@sumiterom?Apliaiones?Artiulos?pd/s?AISI ,0$04%pd/ >ttps+??essribdom?do?13,40:$,?Carateristias-aero-SAE4340-SAE-$0,0
Re!"!#e$%"a &e ma#e'"a(e!.
