UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE CIENCIA DE LOS MATERIALES INFORME Nº 2
ENSAYO DE TRACCIÓN
ALUMNO: SIU MELGAREJO, ANTHONY
20125518J
CURSO: CIENCIA DE LOS MATERIALES (MC112)
SECCIÓN: B
PROFESOR: ING. LUIS ALBERTO SAMPEN ALQUIZAR. ALQUIZAR.
FECHA DE REALIZACIÓN: 12/09/2012
FECHA DE ENTREGA: 26/09/2012
ÍNDICE ÍNDICE ................................................................................................................................................ 2 DESCRIPCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS ................................................................. 4 PROCEDIMIENTO: ......................................................................................................................... 4 DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO ............................................................................... 5 Cálculos: .......................................................................................................................................... 5 Cobre ........................................................................................................................................... 5 Aluminio:...................................................................................................................................... 6 Latón ........................................................................................................................................... 6 Acero Bajo carbono..................................................................................................................... 7 Acero mediano carbono .............................................................................................................. 7 Resumen: ........................................................................................................................................ 8 CONCLUSIONES .............................................................................................................................. 10
GRÁFICOS Gráfico 1. Equipo para el ensayo de tracción (Amsler) ...................................................... 4 Gráfico 2. Curvas del ensayo de tracción........................................................................... 5 Gráfico 3. Esfuerzo Máximo máximo de cada material ...................................................... 8 Gráfico 4. Estricción del material ....................................................................................... 9 Gráfico 5. Esfuerzo convencional de fluencia del material ................................................. 9 TABLAS Tabla 1. Medidas obtenidas en el laboratorio ..................................................................... 5 Tabla 2. Cálculos después de realizar la prueba del ensayo de tracción ........................... 8
ENSAYO DE TRACCIÓN OBJETIVOS
Definir el ensayo de tracción como metodología experimental para la determinación de las propiedades mecánicas de los materiales. Reconocer los diferentes tipos de comportamientos en los diferentes materiales metálicos. Obtener la curva de esfuerzo-deformación característica de un metal, así como las propiedades mecánicas respectivas, a partir de los puntos suministrado por el equipo. Determinar la resistencia mecánica de los materiales a partir del ensayo de tracción y hacer el análisis comparativo de las características de estos con los cuales se trabajó en el ensayo Familiarizar al alumno con las definiciones básicas de la resistencia de los materiales tales como esfuerzos, elongación, deformación, diagrama de fuerza versus deformación, fractura en material frágil y fractura en material dúctil.
FUNDAMENTO TEÓRICO Los ensayos de tracción, dan una indicación de la resistencia mecánica del Material. La fluencia es el punto donde el material cambio su comportamiento de deformación elástica a plástica. Se dice que el material posee una deformación elástica, cuando este se deforma y luego vuelve a la normalidad sin presentar cambios en su longitud. Una deformación plástica, es cuando el material se estira y este queda deformado al detener el estiramiento. El punto de fluencia se observa generalmente de una manera clara en la grafica de deformación (excepto para los materiales muy frágiles). Para los materiales frágiles, es necesario aplicar el método “OFFSET”, el cual consiste en trazar una recta paralela a 0.002 del inicio de la curva de
deformación, y donde esta línea corta a la gráfica, se obtendrán los valores respectivos de esfuerzo y de estiramiento. Al someter un material al ensayo de tracción, siempre se origina una reducción de área transversal en un punto localizado de la muestra, esto es lo que se denomina “cuello”. El cuello incrementa su
longitud hasta que se consume todo el material de la sección central de la probeta. Si se sigue halando el material “en frío”, el esfuerzo incrementa por lo general rápidamente y la fractura ocurre
pronto.
DESCRIPCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS
Maquina Universal Amsler para ensayo de tracción. Pie de rey Cinco probetas cada una de cobre, aluminio, latón, acero bajo carbono y acero mediano carbono. Papel cuadriculado Un lapicero Gráfico 1. Equipo para el ensayo de tracción (Amsler)
PROCEDIMIENTO: Al conectar el enchufe al toma corrientes se activa el motor eléctrico que se sitúa en la parte inferior de la máquina, luego esa energía mecánica generada se le entrega al cilindro inferior, que situado junto al motor va transformando la energía mecánica en hidráulica, pues usa al fluido (aceite) como transmisor de la fuerza mediante la propiedad de este, haciendo que este ascienda hacia el cilindro superior. Se coloca con sumo cuidado, la probeta de ensayo y sosteniéndoles con unos soportes llamadas quijada inferior. En el proceso de ascenso del fluido se ve una resistencia que ofrecen los canales en donde se transporta, esto genera un incremento en la presión, por lo que se encuentran unas válvulas de regulación para que al ejercer una contrapresión pueda equilibrarse mientras se realiza el aumento de carga en el transcurso del ensayo, también la máquina se tiene cimentada al piso para contrarrestar los mismos efectos. Al llegar al cilindro superior, se produce un aumento de presión, lo que hace desplazar al embolo interno y le comunica una energía a un resorte que mueve el sistema que involucra a la probeta sufrir una elongación, después se le comunica a un pequeño sistema conformado por un tambor que actúa como medio para fabricar la curva de carga- deformación del material de la probeta a ensayar; también comunica a un indicador que tiene un rango definido, tiene una especie de flechas: una negra y otra roja. Al aplicarse la carga las dos flechas avanzan simultáneamente hasta
llegar a la carga máxima, es ahí donde la flecha negra se queda ahí mientras la roja desciende. Después de la rotura de la probeta, se procede a apagar la máquina. Gráfico 2. Curvas del ensayo de tracción
DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO
Tabla 1. Medidas obtenidas en el laboratorio
Cálculos: Cobre a) Estricción D0
A0
A f
A0
2
4
D f
D0
2
4 2
Do
2
Do
4 2
b) Alargamiento
6.10 3.00 6.10
2
2
D f
75 .80 %
2
2
L
Lo
c) Resistencia del material F ma x 930 ma x
Ao
6.10
2
37.45 30 30
31 .82
Kgf mm 2
24.83%
31 .82
Kgf
1 MPa
mm 2
0.1019
4
Kgf
312 Mpa
mm 2
d) Esfuerzo convencional de fluencia Según la grafica fluencia
F A0
885 Kgf
=
6.10
=30.28
2
mm
4
2
Kgf mm
2
=30.28
Kgf mm
2
1 MPa
Kgf 0.1019 mm2
=297 MPa
Aluminio: a) Estricción 2
6..35 3.80 6.35
2
2
65 %
b) Alargamiento L
Lo
c) Resistencia del material F ma x 660 ma x
Ao
6.35
2
30.70 30 30
20 .84
Kgf mm
2
2.28%
20 .84
Kgf mm
2
1 MPa
0.1019
4
Kgf
204 Mpa
mm 2
d) Esfuerzo convencional de fluencia Según la grafica fluencia
F A0
603 Kgf
=
6.35 4
=19.04
2
mm 2
Kgf
Kgf
mm
mm 2
=19.04 2
Latón a) Estricción 2
6.15 5.05 6.15
2
2
32 .57 %
b) Alargamiento L
Lo
39.25 30 30
30.83%
1 MPa
Kgf 0.1019 mm2
=187 MPa
c) Resistencia del material F ma x 12700 ma x
Ao
6.15
2
42 .75
Kgf mm 2
42 .75
Kgf mm 2
1 MPa
0.1019
4
Kgf
420 Mpa
mm 2
e) Esfuerzo convencional de fluencia Según la grafica, bajo una regla de tres simple se obtiene fluencia
F A0
695 Kgf
=
6.15
=37.82
2
mm 2
4
Kgf mm
2
=37.82
Kgf mm
2
1 MPa 0.1019
Kgf
=371 MPa
mm2
Acero Bajo carbono a) Estricción 2
6.10 3.30 6.10
2
2
75 .80 %
b) Alargamiento L
Lo
c) Resistencia del material F ma x 1220 ma x
Ao
6.10
2
43.05 30 30
41 .74
Kgf mm 2
43.50%
41 .74
Kgf
1 MPa
mm 2
0.1019
4
Kgf
410 Mpa
mm 2
d) Esfuerzo convencional de fluencia fluencia
F A0
840 Kgf
=
6.10
=28.74
2
4
mm
2
Kgf mm 2
=28.74
Kgf mm 2
1 MPa
Kgf 0.1019 mm2
=282 MPa
Acero mediano carbono a) Estricción 2
5.85 4.20 5.85
2
2
48,45 %
b) Alargamiento L
Lo
c) Resistencia del material F ma x 2070 ma x
Ao
5.85
2
37.70 30
77 .01
4
30
Kgf mm 2
25.66%
77 .01
Kgf mm 2
1 MPa 0.1019
Kgf
755 Mpa
mm 2
d) Esfuerzo convencional de fluencia Según la grafica 2 se muestra el límite de fluencia, entonces, se reemplaza directamente.
fluencia
F A0
810 Kgf
=
5.85 4
=30.13
2
mm
2
Kgf
Kgf
mm
mm 2
=30.13 2
1 MPa
Kgf 0.1019 mm2
=295 MPa
Resumen: Tabla 2. Cálculos después de realizar la prueba del ensayo de tracción
Probeta
Estricción %
cobre Aluminio latón acero bajo carbono acero mediano carbono
75.80 65.00 32.57 75.80 48.45
Alargamiento Resistencia del (%) material (Mpa) 24.83 2.28 30.83 43.50 25.66
312.00 204.00 420.00 410.00 755.00
Esfuerzo convencional de fluencia (Mpa) 297.00 187.00 371.00 840.00 295.00
Gráfico 3. Esfuerzo Máximo máximo de cada material Resistencia del material (Mpa) 800.00
) a P M ( o m i x a m o z r e u f s E
700.00 600.00 500.00 400.00 300.00 200.00 100.00 0.00
Resistenc ia del material (Mp a)
cobre
Aluminio
latón
acero bajo carbono
acero mediano carbono
312.00
204.00
420.00
410.00
755.00
Gráfico 4. Estricción del material
Estricción % 80.00 70.00
) % ( n o i c c i r t s E
60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00
Estricción %
cobre
Aluminio
latón
acero bajo carbono
acero mediano carbono
75.80
65.00
32.57
75.80
48.45
Gráfico 5. Esfuerzo convencional de fluencia del material
Esfuerzo convencional de fluencia (Mpa) 400.00
l a n ) o i a c P n M e ( v a n i o c c n e o u z l r f e e u d f s E
350.00 300.00 250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00
Esfuerzo convencional de fluencia (Mpa)
cobre
Aluminio
latón
acero bajo carbono
acero mediano carbono
297.00
187.00
371.00
282.00
295.00
CONCLUSIONES
Se concluye que cuando los materiales llegan a su punto de fluencia, es ahí donde ellos logran deformarse rápidamente sin necesidad de aumentarle la carga. De acuerdo a los cálculos y del gráfico se nota que el material con mayor esfuerzo es el acero mediano carbono. El material con mayor esfuerzo de fluencia es el latón y el menor es el aluminio El material que menor se deformo debido a la tracción es el aluminio. Según las pruebas de laboratorio, la gráfica acero de bajo carbono se obtiene directamente a la vista el valor del esfuerzo de fluencia, en los demás materiales se tuvo que calcular. Con la finalidad de calcular el esfuerzo de fluencia, primero se calculo el límite de fluencia en cada uno de los materiales. Se trabajó con las gráficas obtenidas en el laboratorio. Se corrió .2% en el eje de alargamiento y mediante una regla de tres simple se ubico dicho punto. Se trazó una recta paralela a la deformación elástica con el fin de obtener aproximadamente el límite de fluencia para después calcular el esfuerzo convencional de fluencia.
RECOMENDACIONES
Se recomienda tomar precauciones durante la realización del ensayo, ya que las cargas utilizadas son relativamente altas con respecto a los materiales de ensayo. Se debe asegurar de que la probeta esté en debidas condiciones (bien pulida, limpia, sin óxidos) y de que no haya sufrido muchos ensayos. Debido a que el equipo es mecánico, colocar adecuadamente el papel en el cilindro rotativo para obtener una mejor gráfica de la fuerza aplicada.
BIBLIOGRAFÍA
Donald R. Askeland, Ciencia e Ingeniería de los materiales, 3ra. Edición. Studenman, Ensayo de Materiales. William D. Callister Jr; Introducción a la ciencia e Ingeniería de los Materiales, Editorial Reverté. William F. Smith (2006), Fundamentos de la Ciencia e ingeniería de los Materiales, 4ta. Edición, Mc Graw Hill.
