Laboratorio de Comportamiento Mecánico Mecánico de Sólidos
Índice Página 1. Introducció Introducción………… n…………………… …………………… ……………...… …...…………… …………………… …………………… ……………. …. 1 2. Objetivos… Objetivos…………… …………………… …………………… …………………… ………………..… ……..……….… …….…………… ……………. …. 2 3. Base Teór Teórica…… ica……………… …………………… …………………… ………………..… ……..…………… …………………… ………………..3 ……..3 4. Procedimien Procedimiento to E!erim E!erimenta"… enta"…………… …………………… …………………… …………………… ………………... ……...……# ……# $. %esu"tados %esu"tados …………………… ……………………………… …………………… …………………… …………………… …………………… …………& & #. 'ná"isis… 'ná"isis……..…… …..……………… …………………… …………………… …………………… …………………… ……………..... …............ ...........12 ....12 &. (onc"usione (onc"usiones……… s………………… …………………… …………………… …………………… …………………… …………………… ………….1$ .1$ ). 'neos……..… 'neos……..…………… …………………… …………………… …………………… …………………… …………………… ……………….1# …….1# *. %e+erencia %e+erencias……… s………………… …………………… …………………… …………………… …………………… …………………… …………....1) ....1)
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1. Introducción Poder oder iden identi tifc fcar ar el mate materi rial al con con que que se está está trab trabaj ajan ando do es undamental para realiar cualquier tipo de labor! "n la metalurgia# uno de los los recur ecurso sos s mas mas usad usados os es el ensa ensa$o $o de trac tracci ción ón!! "s de vita vitall importancia# en este ámbito# saber como determinar e%perimentalmente las propiedades mecánicas $ caracter&sticas de un material# realiando este ensa$o! "n
el
siguiente
inorme#
se
determinarán#
con
datos
e%perimentales# e%perimentales# las caracter&sticas de un acero desconocido $ se tratará de identifcar el mismo! 'demás se estudiará la in(uencia de realiar un ensa$o bajo las normas )Ch*++ $ uera de ella# $ que in(uencia tiene en los valores obtenidos!
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2. Objetivos 2.1 Objetivos Generales •
,eterminar que tipo de acero corresponde la probeta traccionada
•
-bse -bserv rvar ar como como aec aecta ta la velo veloci cida dad d de deo deorrmaci mación ón en los los principales a los resultados obtenidos!
2.2 Objetivos Específcos •
,eterminar propiedades mecánicas $ caracter&sticas de materiales sometidos a tracción unia%ial!
•
Cono Conoce cerr que que dato datos s pued pueden en ser ser obte obteni nido dos s con con un ensa ensa$o $o de tracción!
•
'prender a trabajar con datos reales de un ensa$o de tracción
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3. Base Teórica 3.1 i!ite el"stico# "s el punto de la curva esuero.deormación# que divide los comportamiento elástico $ plásticos del material!
3.2 $an%o El"stico# "s el intervalo de la curva esuero.deormación# donde el material se comporta elásticamente! Usualmente es una recta!
3.3 e& de 'oo(e / 0elaciona el esuero $ la deormación en rango elástico# esta dado por/ σ =
E ε
123 σ:
Esfuerzo. E: Módulo de Young. ε: Deformación. "l modulo de 4oung 1"3 es la constante de proporcionalidad en la le$ de 5oo6e $ la pendiente de la curva esuero.deormación# en su región elástica
3.) 3. ) *lti *lti!a !ate te Tensi ensile le +tre +tren% n%,t ,t -*T+ -*T+# # "s el esu suero ro má%i á%imo observado en la curva esuero.deormación! "s el esuero al cual se comiena a ormar el cuello en la probeta!
3./Es0uer 3./Es0uero o de luenc luencia ia -o/ Corr Corresp espon onde de al esue esuer ro o al cual cual la probeta se ah deormado un +#*7# como muestra la fgura 8!2! "ste valor valor 1porcent 1porcentaje aje de deorm deormació ación3 n3 es impuesto impuesto $ no corres correspon ponde de necesariamente al esuero de cedencia real!
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9igura 8!2
"suero de Cedencia Convencional
3.4Estriccion 3.4Estriccion o encuella! encuella!iento# iento# "s el lugar de la probeta donde se produce la reducción del área transversal de la misma! Comiena en U:S!
3.5 3. 5
Es0u Es0uer ero o verd verdad ader ero# o#
1*3
3.6 Es0uero in%enieril/ 183
3.7 8e0or!ación verdadera# 1;3
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3.19 8e0or!ación in%enieril# 1<3
3.11 $esiliencia# "s la capacidad de un material de absorber energ&a cuando se deorma elásticamente! elásticament e!
3.12 :odulo de $esiliencia# Corresponde a la energ&a de deormación por unidad e volumen requerida para deormar el material hasta el l&mite elástico o. 1=3
3.13 3. 13 ;jus ;juste te de 'oll 'ollo! o!on on##
Para ara la ona ona de deor deormac mació ión n plásti plástica ca
uni unior orme me se pued puede e relac elacio iona narr el esu esuer ero o ver verdade daderro con con la deormación verdadera por/ 1>3 donde/ ? es una constante n corr corres espo pond nde e a la pend pendie ient nte e de ln @+ vs ln ln Av .n recibe recibe el nombre de &ndice de endurecimiento por deormación! Si nB+ el material es perectamente plástico! nB2 corresponde a un sólido elástico!
3.1) 3. 1) ;lar ;lar%a %a!i !ien ento to a rotu rotura ra## "s el porcentaje de alargamiento que surió la probeta luego de haber sido traccionada! - de elongación =
L f − L, L,
x1,,
13
3.1/
=
A,
−
A f
A,
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x1,,
1D3
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3.14 luencia luencia 'etero%=nea# 'etero%=nea# "sta se puede representar a travEs de las bandas de LFders $ la atmosera de Cottrel# estos enómenos se dan en aceros bajo al carbono# las bandas de Luders se presentan debido a planos de desliamientos aparecidos mediante un ensa$o de tracción# aparecen a ;
). peri!ental
0equerimientos $ "quipos ! •
* probetas de acero estándar
•
Pie de metro# sensibilidad de +!+< HmmI
•
Máquina de tracción :inus J -lsen# sensibilidad de es +!+2 ?g
•
"%tensómetro
•
Programa Computacional
Procedimiento e%perimental •
Se tienen dos probetas del mismo tipo de acero# estándar!
•
Se miden las dimensiones dimensiones de ambas# ambas# largo $ diámetro# diámetro# con pie de metro# segKn las marcas especifcadas!
•
"n la primera se realia el ensa$o de tracción segKn )ch*++# al inicio del mismo se coloca el e%tensómetro en la probeta# se tiene
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cuidado de retirarlo cuando comience la (uencia del material# con el propósito que no se dae! •
Se miden diámetro $ distancia entre marcas con el pie de metro# se almacenan los datos obtenidos para la probeta 2!
•
"n la segunda probeta# se realia un ensa$o de tracción que difere del anterior en la velocidad de deormación# que se aumenta a + HmmminI! :ambiEn se sitKa el e%tensómetro al inicio $ se retira al momento de comenar la (uencia!
•
Se miden diámetro $ distancia entre marcas con el pie de metro# se almacenan los datos obtenidos para la probeta *!
/. $esultados Tabla 5.1 imensiones de ambas !robetas
[mm] Largo inicial Largo Final
Probeta 1
Probeta 2
50,00 68,55
50,00 64,95
Diámetro incial
8,95
9,00
Diámetro final
5,80
5,75
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i%ura /.1 "suero vs ,eormación# ingenieril $ 0eal 1verdadero3# para probeta 2
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i%ura /.2 Nona elástica de la curva esuero. ,eormacion ingenieril para probeta 2
Tabla /.1 Oalores -btenidos o!"lo !e #o"ng [$Pa] 192
P1
% &'([Pa] 57,
Deformaci)n !e fract"ra * +eili +eilienc encia[ ia[-Pa -Pa]] . /longa /longaci) ci)n n 0,1 402,2 7,1
ensa/o de tracción0 va"ores mnimos segn segn norma c2,4 Tabla 5.2 Pro!iedades de" ensa/o
+eitencia a la traccion [Pa] Fl"encia [a]
Tabla /.3
$ra!o !el acero 7243 44283 5653 70
440
560
240
280
50
n $ ? Calculados con distintos ajustes 1ane%o 23 Probeta 1 3ollomon L"!i oni!ere
n 0,2452 0,2465 0,1809
-[Pa] 105,212 2,682 95,951
Ensa&o 2
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i%ura /.3 Curvas "suero.,eormación# ingenieril $ 0eal para probeta *
i%ura /.) elástica de la curva esuero. ,eormación ingenieril para probeta 2
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Tabla 5.4 5a"ores obtenidos de Probetas 1 / 2
P1 P2
o!"lo !e #o"ng [$Pa] 192 85
% &'([Pa] 57, 568,4
Deformaci)n !e fract"ra * +eili +eilienc encia[ ia[-Pa -Pa]] . /longa /longaci) ci)n n 0,1 402,2 7,1 0,29 225,6 29,9
i%ura /./ Curva esuero.deormación ingenieril# probetas 2 $ * i%ura /.4 'mpliación de fgura
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Tabla 5.5 Es+uer6os de 7"uencia 7"uencia !ara ambas !robetas !robetas
%0[Pa] P1 P2
9 417
4. ;n"lisis Universidad de Santiago de Chile
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,urante la realiación de este laboratorio# solo se estudió el ensa$o de tracción en si# no se consideró la preparación previa de las probetas# que se estimó# ueron correctamente dispuestas! Luego Luego de reali realiar ar ambos ambos ensa$ ensa$os# os# se obtuv obtuvier ieron on los los datos datos de esuero $ deormación# junto con los de posición que son determinado por la maquina! 4a que el e%tensómetro# que med&a el alargamiento de la probeta# se retiró cuando comenaba la deormación plástica para evi evitar tar
que
se daa aara# los los
datos tos
util tiliad iado os
para ara
dete eterminar la
deormación posterior# se calcularon con la ormula 1<3! ,e los datos obtenidos para el ensa$o 2# que se realió segKn )Ch*++# se grafcó la curva esuero.deormación# esuero.deormación# tanto ingenieril como real# que ue obtenido con las ormulas 1*3 $ 1;3# esto se ve en la fgura
al fnal fnal de la ona ona plást plástic ica a está está pres presen ente te la
deormación deormación heterogEnea# heterogEnea# que se manifesta como bandas de LFders en la probeta traccionada# traccionada# este enómeno es caracter&stico de los aceros aceros de bajo bajo carb carbon ono o! "n la fgur fgura a
"l modu modulo lo de
$oung resultó 2D8HPaI# que es mu$ cercano a lo teórico! Comparando lo valores obtenidos de la tabla
esue esuer ro o de (uenci (uencia a
obtenido que ue de 8D8HMPaI # supera los m&nimo de los tres tipos de aceros especifcados# pero viendo el valor de la resistencia la tracción o U:S# se nota que el obtenido de <>8#8HMPaI# se acerca más al del acero tipo '<=.8<5!
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"n la tabl tabla a
son de valor valores mu$ cerc cercan anos# os# con
nB+# nB+#*; *;<* <* $ nB+# nB+#*; *;=< =
mostraron mostraron resultados resultados
mu$ mu$ cer cercano canos! s! "l ajust ajuste e de 5ollo 5ollomo mon n es el
que que actu actual alme ment nte e se
considera como el estándar# pero no se podr&a decir si es más e%acto que que los los otro otros s ajuste ajustes! s! ' modo modo de compa comparac ració ión# n# el ajuste ajuste de LudQ LudQi6 i6 most mostrró ser ser el más más cer cercano cano a este este!! Luego uego## toma tomand ndo o en cuen cuenta ta la presencia de bandas de LFders en la fgura
prob probeta eta *!
:ambiEn :ambiEn presenta presenta bandas de LFders# LFders# lo que es de esperarse $a que es caract caracter er&st &stico ico del acero acero ensa$ ensa$ad ado! o!
La fgura fgura
elástica del grafco mencionado anteriormente# $ al igual que para el ensa$ ensa$o o 2# se reali ealió ó una una regr regresi esión ón linea lineall a los los datos# datos# resul resultan tando do un modulo de elasticidad de 8
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esu esuer ero os s de (uen (uenci cia! a! Se tra traó ó una una para parale lela la a la ona ona elás elásti tica ca del del grafco# en un +#++* de deormación# se nota que las ona de bandas en el ensa$o *# es ma$or que del ensa$o 2! "n la tabla
de
8D8HMPaI
$
;2>HMPaI#
para
lo
ensa$os
2
$
*
respectivamente! "l que estaba uera de norma resultó superior# esto se debe debe al aume aument nto o en la velo veloci cida dad d de deo deorrmaci mación ón## que que difc difcul ultó tó el desliamiento desliamiento de dislocaciones en el material! "sto tambiEn se re(eja en los resultados resultados del porcentaje porcentaje de elongación# elongación# resiliencia resiliencia $ deormación deormación de ractura para la probeta *# que ueron menores al ensa$o normado# lo que indica un comportamiento dierente de deormación rente a una velocidad distinta! "sto se ve gráfcamente en la fgura
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5. ?onclusiones "nsa$o 2 •
Se lograron determinar las propiedades mecánicas de un material sometido a tracción unia%ial
•
"l esuero de (uencia resultó resultó 8D8HMPaI
•
"l modulo de $oung resultó 2D*HPaI
•
Para el calculo del n# el ajuste mas cercano a 5ollomon ue el de LudQi6
•
Para el calculo de ?# el ajuste mas cercano a 5ollomon ue el de Considere
•
"l material traccionado corresponde a un acero de construcción '<=.8<5!
"nsa$o * •
"l esuero de (uencia ue menor al )ormado
•
"l U:S# Módulo de resiliencia# porcentaje de elongación $ esuero de ractura# ueron menores a los bajo norma!
•
La velocidad de deormación aecta las propiedades mecánicas del material obtenidas!
•
Se aprendió a trabajar con datos reales de un ensa$o de tracción!
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6. ;ne>os 2! Para el ajuste de 5ollomon
i%ura
6.1
Ln1esuero verdadero3 vs Ln1deormación verdadera3para ajuste de 5ollomon
Para
LudQi6
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i%ura 6.2 Ln1esuero verdaderoesuero verdaderoesuero (uencia3 vs Ln1deormación Ln1deormación verdadera3para ajuste de LudQi6
"n el cálculo del ajuste de LudQi6# se uso la e%presión/ Ln 9
σ v σ ,
8 = Ln9 K 8 + nLn 9ε v 8
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7. $e0erencias •
,! 's6eland# RLa Ciencia e ngenier&a de MaterialesT# rupo "ditorial
beroamErica# tercera edición! •
'lbe 'lbert rto o Mons Monsal alve ve !# !# 'pun 'punte tes s Comp Compor orta tami mien ento to Mecá Mecáni nico co de Sólidos ,epartamento de ngenier&a MetalKrgica US'C5!
•
)ch* )ch*+; +;## 'cer 'cero.b o.bar arra ras s lami lamina nada das s en cali calien ente te para para hor hormigó migón n armado# )orma chilena ofcial!
•
)ch*++# Productos metálicos# ensa$o de tracción# )orma chilena ofcial
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