“AÑO DE LA UNIÓN NACIONAL FRENTE A LA CRISIS EXTERNA”
UNIVERSIDAD N NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE IINGENIERÍA M MECÁNICA Laboratorio Laboratorio De Ciencia De Los Materiales Materiales
INFORME Nº 2
ENSAYOS DE T TRACCIN
C!rso" Ciencia De Los Materiaes !! MC""2#F MC""2#F
#ro$esor" In$% Sa&'en
Inte%rantes"
2(")#II
ENSAYO DE TRACCIN INFORME Nº2 La*oratorio +e Ciencia +e os Materiaes Materiaes
. ÍNDICE Índice………………………………………………………………………….. () I. Objeti Objetivos vos……… ……………… …………… …………… ……………… …………… …………… ……………… …………… ……….. ….. () II. Fundamen Fundamento to teórico…… teórico……………… …………………… …………………… …………………… ……………….() …….() III. Descripción Descripción del del euipo utili!ado…………………………… utili!ado……………………………………………() ………………() I". Descripción Descripción del procedimien procedimiento to e#perimental……………… e#perimental…………………………… …………… () ". $esultad $esultados os del ensa%o ensa%o de tracción…… tracción……………… …………………… …………………… …………() () "I. Cuestionario…………………… Cuestionario……………………………………………… ………………………………………… ……………… () "II. Conclusiones………………… Conclusiones…………………………………………… ………………………………………….. ……………….. () "III. Observaciones……………………… Observaciones………………………………………………… ……………………………………… …………… () I&. $ecomendaciones………… $ecomendaciones………………………………… ………………………………………………. ………………………. () &. 'iblio 'ibliora*a ra*a………… …………………… …………………… …………………… …………………… …………………… ……………. …. ()
UNI,ERSIDAD NACIONAL DE IN-ENIER.A / IN-ENIER.A / FACULTAD DE IN-ENIER.A MEC0NICA
ENSAYO DE TRACCIN INFORME Nº2 La*oratorio +e Ciencia +e os Materiaes I.OBJETIVOS Obtener la r+ica e#perimental Cara vs. Deormación. Obtener, a partir de la r+ica anterior, las r+icas Esuer!o vs. Deormación de Inenier*a. Determinar la resistencia mec+nica a la tracción de los materiales ensa%ados a partir de las r+icas % los datos recoidos. II. FUNDAMENTO TEORICO Ensayo de tracción Definición -n cuerpo se encuentra sometido a tracción simple cuando sobre sus secciones transversales se le aplica caras normales uniormemente repartidas de manera ue tiendan a producir su alaramiento. or las condiciones de ensa%o, el de tracción est+tica es el ue mejor determina las propiedades mec+nicas de los metales, ósea es auella ue deine sus caracter*sticas de resistencia % deormabilidad. ermite obtener bajo un simple estado de tensión, el l*mite de elasticidad, la cara m+#ima % la consiuiente resistencia est+tica, en base a cu%os valores se ijan los de las tensiones admisibles o de pro%ecto % mediante el empleo de medios emp*ricos se pueden conocer, el comportamiento del material sometido a otro tipo de solicitaciones (atia, dure!a, etc.). Cuando la probeta se encuentra bajo un esuer!o est+tico de tracción simple, a medida ue aumenta la cara se estudia a esta % su relación con las deormaciones ue produce en la probeta, dando como resultado el diarama de esuer!o vs deormación unitaria. Dic/o raico se obtiene directamente de la m+uina.
Figura 1: Maquina de tracción
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ENSAYO DE TRACCIN INFORME Nº2 La*oratorio +e Ciencia +e os Materiaes C!r"a de tracción $epresentación r+ica de esuer!o vs deormación unitaria obtenidos en el ensa%o de tracción (mauina universal de ensa%os mec+nicos). En la curva de tracción se determinan puntos % !onas importantes, ue determinan el comportamiento % las caracter*sticas de los materiales.
-n material presenta dos !onas en cuanto a su comportamiento ante un esuer!o de tracción.
Figura 2: Grafica de la curva de tracción 0ona el+stica1 2e caracteri!a porue al cesar las tensiones aplicadas, los materiales recuperan su lonitud inicial. En esta !ona /a% a su ve! dos !onas.
0ona de proporcionalidad1 En la r+ica es una l*nea recta, es decir el alaramiento unitario es proporcional a la tensión ejercida.
# $ %&'
Dónde1 31 Esuer!o (456mm7) E1 8ódulo de elasticidad o módulo de 9oun (N6
).
:1 Deormación unitaria (adimensional). 0ona no proporcional1 El material se comporta de manera el+stica, pero no e#iste una relación proporcional entre tensión % deormación.
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0ona pl+stica1 2e /a rebasado la tensión del l*mite el+stico % aunue dejemos de aplicar tensiones de tracción, el material %a no recuperara su lonitud oriinal. En la !ona pl+stica /a% a su ve!, dos !onas.
0ona de deormación pl+stica uniorme o !ona de l*mite de rotura1 2e consiue randes alaramientos con un peue;o incremento de la tensión. En esta !ona se encuentra el l*mite de rotura % la tensión en ese punto se llama tensión de rotura ( ). < partir de este punto, la probeta se considera rota, aunue *sicamente no lo est=.
0ona de rotura o !ona de estricción1 >as deormaciones son locali!adas % aunue disminu%a la tensión, el material se deorma /asta la rotura. >a sección de la probeta se reduce dr+sticamente. -na ve! deinida la curva de tracción, veamos alunas deiniciones1
Figura 3: Grafica del ensayo de traccion obtenica en el laboratorio.
>*mite de proporcionalidad ( )1 >a tensión a partir de la cual deja de cumplirse la relación proporcional entre la tensión % la deormación, % por lo t anto se deja de cumplir la le% de ?oo@e.
>*mite de elasticidad ( )1 >a tensión a partir de la cual las deormaciones dejan de ser reversibles, es decir la probeta no recuperar su tama;o inicial.
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>*mite de luencia ( )1 "alor de la tensión ue soporta la probeta en el momento de producirse el enómeno de la luencia.
>*mite de rotura ( )1 8+#imo valor de la tensión observable en un diarama esuer!o vs deormación unitaria. Esta es la m+#ima tensión ue soporta la probeta.
Estricción1 Es la reducción de la sección ue se produce en la !ona de la ruptura.
Caracter(sticas de )os *ateria)es +!e se ,!eden o-tener con e) ensayo de tracción Esuer!o % deormación de inenier*a1
Esuer!o de inenier*a (
)1 $elación entre el esuer!o unia#ial aplicada sobre un +rea
determinada de una probeta. >os esuer!os de inenier*a se calculan empleando el +rea inicial de la probeta.
$
Dónde1
F1 Fuer!a unia#ial (N, 4, >b). 1 Area inicial (
).
Deormación unitaria en inenier*a (
)1 Es el cociente del cambio de la lonitud de la
muestra en la dirección del esuer!o unia#ial, entre la lonitud oriinal considerada. >a deormación tambi=n puede e#presarse en porcentaje.
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$
Dónde1 1 >onitud inicial de la probeta (cm, m, pul). 1 >onitud inal de la probeta (cm, m, pul). Esuer!o % deormación real1
Esuer!o real (
)1 Es la relación entre el esuer!o unia#ial medio ejercida sobre la
probeta, entre el +rea de la muestra de sección m*nima en un instante.
$
Dónde1 1 Fuer!a unia#ial medio sobre a probeta (N, 4, >b). 1 Area de la muestra en cada instante (
).
El esuer!o real, tambi=n se puede calcular en unción al esuer!o de inenier*a % la deormación de inenier*a.
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ENSAYO DE TRACCIN INFORME Nº2 La*oratorio +e Ciencia +e os Materiaes Deormación real (
)1 Es la deormación instant+nea ue sure la probeta al aplic+rsele la
cara.
8ódulo de 9oun (E)1 Constante ue representa la relación entre el esuer!o % la deormación en la !ona proporcional. Bambi=n se le llama módulo de elasticidad.
Dónde1 31 Esuer!o (456mm7) E1 8ódulo de elasticidad o módulo de 9oun (N6
).
:1 Deormación unitaria (adimensional).
Estricción ()1 Es la disminución de la sección en la ractura de una probeta, rota por tracción. 2e inicia inmediatamente despu=s de la cara m+#ima produciendo deormación locali!ada en la probeta ormando lo ue se llama cintura o a/usamiento en el material. 2e e#presa en porcentaje % est+ dada, por la ecuación siuiente1
Dónde1
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ENSAYO DE TRACCIN INFORME Nº2 La*oratorio +e Ciencia +e os Materiaes 1 Area inicial. 1 Area inal. El porcentaje de alaramiento % porcentaje de estricción es una de la ductilidad del metal % nos da una idea de la calidad del mismo. $esiliencia ($)1 Es la ma%or cantidad de ener*a de deormación por unidad de volumen ue un material puede absorber, sin e#ceder su l*mite de proporcionalidad. En el raico esuer!o vs deormación es el +rea comprendida bajo la !ona el+stica.
Dónde1 1 Esuer!o de proporcionalidad. 1 Deormación unitaria de proporcionalidad.
Benacidad (B)1 Es la cantidad de ener*a ue puede absorber un material en tracción, /asta un instante antes de romperse (+rea total bajo la curva de tracción). -na ecuación pr+ctica para determinar la tenacidad es la siuiente1
Dónde1 1 Esuer!o de proporcionalidad.
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ENSAYO DE TRACCIN INFORME Nº2 La*oratorio +e Ciencia +e os Materiaes 1 Esuer!o m+#imo. 1 Esuer!o de rotura. 1 Deormación unitaria de rotura
III. DESCRICI/N DE0 E1UIO UTI0I2ADO
Euipo
del material con ue se trabaje (cobre, bronce, aluminio,
etc.).
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Fiura . Euipo
aboratorio NJ de la Facultad.
IV. DESCRICI/N DE0 ROCEDIMIENTO
Fiura 7. ie De $e%. KFiura L. Detalle de las unidades milimetradas del ie De $e%.
ara tomar las medidas de la probeta utili!aremos las medidas del 2istema Internacional (2I), por lo cual e#presaremos nuestras medidas en mil*metros.
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ENSAYO DE TRACCIN INFORME Nº2 La*oratorio +e Ciencia +e os Materiaes Debemos ser mu% cuidadosos en esta parte del ensa%o, %a ue estos valores los compararemos con los inales para poder calcular las propiedades del material.
Fiura . 8edición de las dimensiones de una probeta por parte del proesor.
>ueo de medir todas % cada una de las probetas, iniciamos el ensa%o de tracción en s*. 2ujetamos la probeta a la m+uina universal por medio de unos adaptadores . -tili!amos ese aparato porue nuestras probetas eran cortas de tama;o.
Fiura G. roceso de estiramiento % ruptura e#perimentado por la probeta. K Fiura . artes de una r+ica . V. RESU0TADOS DE0 ENSA3O DE TRACCI/N
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ENSAYO DE TRACCIN INFORME Nº2 La*oratorio +e Ciencia +e os Materiaes Materia)
04
D4
A45**67
2
7G mm
.H mm
7M.7mm7
2
7G mm
.7 mm
LH.mm7
CO'$E
7G mm
. mm
7.77mm7
<>-8INIO
7G mm
.L mm
L.mm7
'$ONCE
7G mm
.mm
L7.Gmm 7
ESFUER1O MAXIMO &3F&!A( sae"("( &3)4%"2(5 sae"(4) &367%"2"2 UNI,ERSIDAD NACIONAL DE IN-ENIER.A / FACULTAD DE IN-ENIER.A MEC0NICA
ENSAYO DE TRACCIN INFORME Nº2 La*oratorio +e Ciencia +e os Materiaes Co*re &387%((29 A:&inio &328%7977 ;ronce &349%6576 ESFUER1O DE FLUENCIA < 3F< !A( sae"("( < 385%274 sae"(4) < 3)9%"() Co*re < 38(%("8 A:&inio < 324%"7 ;ronce < 382%255 DEFORMACION = &3 >L#L(?!L( sae"("( = &389%2 sae"(4) = &3"5%6 Co*re = &328%6 A:&inio UNI,ERSIDAD NACIONAL DE IN-ENIER.A / FACULTAD DE IN-ENIER.A MEC0NICA
ENSAYO DE TRACCIN INFORME Nº2 La*oratorio +e Ciencia +e os Materiaes = &324%"7 ;ronce = &384 ESTRICCION @3 >A(#A?!A sae"("( @37(%588 sae"(4) @364%86) Co*re @375%497 A:&inio @3)2%9)5 ;ronce @32)%928 $EP-NB<21 Cuantas veces m+s resiste el acero m+s resistente ensa%ado en comparación con el
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VI. CUESTIONARIO -n cable de acero de H m de lonitud % H mm de di+metro se utili!a para mover un ascensor, calcule la uer!a m+#ima ue puede soportar para ue no se alarue m+s de G mm suponiendo un comportamiento el+stico. El módulo de elasticidad es de 7H Pa.
$SG5HTL , >oSHm, U>SG5H TLm.
2e est+ estudiando la resistencia de un nuevo materialV en el ensa%o de tracción se utili!a una probeta cil*ndrica de LM mm de di+metro % 7G mm de lonitud. S7G5H TLm FS5HN U>SM5H TLm
-na pie!a de latón de H mm de lonitud deja de tener comportamiento el+stico para esuer!os superiores a LG 8a .El módulo de elasticidad del latón es HL Pa.
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ENSAYO DE TRACCIN INFORME Nº2 La*oratorio +e Ciencia +e os Materiaes WCu+l es la uer!a m+#ima ue puede aplicarse a una probeta de GH mm7 de sección ue produ!ca deormación pl+sticaR
DSH5H TL ESLG5H La F62SLG5HLa
(8*nima para la deormación pl+stica % m+#ima para la deormación
el+stica).
WCu+l es la lonitud m+#ima a la ue puede ser estirada sin ue se produ!ca deormación pl+sticaR
DSH5H TL ESLG5H La F62SLG5HLa
Dada una varilla con dimensiones iniciales de di+metro 7 mm % lonitud de GHH mm.
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ENSAYO DE TRACCIN INFORME Nº2 La*oratorio +e Ciencia +e os Materiaes Determinar el l*mite el+stico. >a resistencia a la tracción
DE2<$$O>>O1 El l*mite el+stico es el punto donde deja de ser el+stico % se vuelve pl+stico1 3SGGH8 a (apro#imadamente seXn la r+ica). >a resistencia a la tracción es la cara m+#ima ue se soporta. 3SH8 a (apro#imadamente seXn la r+ica) El alaramiento de la rotura1
El módulo de elasticidad1
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Bensión producida por el incremento de la lonitud de la varilla1 3SG5H L a. (2eXn la r+ica para el punto H.HL) >oSGHHmm. U>SGmm.
2e sabe1 >onitud inalS>onitud inicial Y <> (alaramiento de rotura) >SGHHmm Ymm >SGmm. Calculando la sección de la varilla1
VII. CONC0USIONES Es importante reali!ar ensa%os de tracción en distintos materiales, puesto ue as* conoceremos sus propiedades mec+nicas (resistencia mec+nica, dure!a, etc.) para despu=s darle un adecuado uso % mantenimiento. Concluimos ue es mu% importante /acer ensa%os de tracción a los diversos materiales a los ue se les pueda dar uso, puesto ue as* podr*amos eleirle un buen uso % darle un debido mantenimiento dentro del marco de la inenier*a mec+nica en eneral. ara obtener óptimos resultados en los ensa%os de tracción, las probetas se deben someter a una uer!a a#ial.
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2e conclu%e ue los materiales utili!ados, en cierto intervalo, cumple con la le% de ?ooc@e1 FS@#. Concluimos ue pasado el l*mite de proporcionalidad el metal presenta una reión de luencia. Concluimos ue la deormación de la probeta no se reali!a uniormemente, es decir, /a% momento en donde la probeta se deorma m+s r+pidoV esto se debe de acuerdo a las propiedades mec+nicas de los materiales. Es imprescindible utili!ar el m=todo r+ico para determinar la deormación inal medida. Esto porue al terminar el ensa%o de tracción la probeta se recupera %a ue /a surido una deormación el+stica Zrecuperable[.
VIII. OBSERVACIONES De las probetas empleadas se /ace notar ue el acero de medio carbono soporta ma%or cara, mientras ue el aluminio no soporta tanta cara. Observamos ue la l*nea raicada en el papel, del ensa%o de tracción, mientras se mantena recta iniciar ue se encuentra en orma Zel+stica[, sin embaro al alcan!ar la cara m+#ima empie!a a curvearse % reresar al punto de partida, es au* donde observamos ue la probeta se est+ deormando. I8.RECOMENDACIONES Implementación de un sistema de encapsulamiento manual en la !ona de ruptura con el in de reducir el ruido brusco producido por la ruptura de las probetas cu%a resistencia es bastante alta. En las morda!as tanto superior como inerior se podr*an adicionar seuros de aplicación manual de manera ue en el momento de la ruptura de una probeta con una alta resistencia el mecanismo de pie!as de las cuales /a sido sostenida no sala disparadas ca%endo al suelo, lo cual da una sensación de deiciencia en la mec+nica de la m+uina. 2e recomienda usar adecuadamente el pie de re% en la medición de las a=reas, para as* disminuir la propaación del error en los c+lculos.
8. BIB0IO9RAF:A
Trata&iento Tr&ico +e os Aceros% A'raiB %
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Tcnicas +e La*oratorio 'ara 'r:e*as +e Materiaes% eser Car%
Li&:sa#Gie Hr:e*as Mecnicas Hro'ie+a+es +e os Metaes% 1ootoreJsKi ,% E+itoria Mir%
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