UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ RUIZ GALLO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA MATERIALES Y PROCESOS DE FABRICACION
PRACTICA DIRIGIDA N° 01 ENSAYO DUREZA 1. La figura inferior representa un esquema de un ensayo de dureza Brinell. Se ha aplicado una carga de 3.000Kp. el diámetro diáme tro de la bola del penetrador es de 10mm. El diámetro de la huella obtenida es de 4,5mm. Se pide: a) El valor de la dureza de Brinell (HB) y su expresión normalizada. b) Indicar la carga que habrá que aplicar a una probeta del mismo material si se quiere reducir la dimensión de la bola del penetrador a 5mm. Predecir el tamaño de la huella. 2. En un ensayo de dureza Brinell, se ha utilizado una bola de 10mm de diámetro. Al aplicar una carga de 1.000Kg se ha obtenido una huella de 2,5mm. Calcular la dureza del material. 3. En una pieza con dureza Brinell de 300HB se ha aplicado una carga de 500Kp. Si se ha utilizado como penetrador una bola de 10mm, ¿cuál será el diámetro de la huella producida? 4. Calcula el valor de dureza de Brinell (HB) que corresponde al bronce si sabemos que una bola de acero de
Φ
10mm de diámetro, sometida a una carga de 3.000Kp, deja una huella de diámetro 5,88mm. 5. Para determinar la dureza de Brinell de un material ma terial se ha utilizado una bola de 5mm de diámetro y se ha escogido una K=30, obteniéndose una huella de 2,3mm de diámetro. Calcular: a) Dureza Brinell del material. b) Profundidad de la huella. 6. Para realizar un ensayo de dureza de Brinell en un acero, se utiliza una bola de diámetro D=8mm, obteniéndose una huella de diámetro d=3mm. Si la constante del ensayo es K=30, determinar: a) Carga utilizada. b) Dureza obtenida. c) Resistencia a la tracción del acero. d) Expresión del valor de la dureza Brinell si el tiempo de activación es 12s.
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7. En un ensayo de Brinell de una chapa de acero aleado de 8mm, se obtuvo una huella de 4mm de diámetro. Utilizando la tabla adjunta, halla: a) Dureza del acero, constante del ensayo y diámetro de la bola. b) Resistencia aproximada a la rotura por tracción en N/m 2
8. Para determinar la dureza de Brinell de un material se ha utilizado una bola de 5mm de diámetro y se ha escogido una K=30, obteniéndose una huella de 2,3mm de diámetro. Calcular: a) Dureza Brinell del material. b) Profundidad de la huella.
ENSAYO DE TENSIÓN 9. Una probeta cilíndrica de una aleación de Níquel con un módulo de elasticidad de 20.7 x 10 4 MPa y un diámetro original de 10.2 mm experimenta únicamente deformación elástica cuando se aplica una tensión de 8900 N. Calcular la máxima longitud de la probeta antes de la deformación si el máximo alargamiento permitido es de 0.25 mm. 10. Para un determinado latón, la tensión a la cual empieza la deformación plástica es 345 MPa, y el módulo de elasticidad es 10.3 x 10 4 MPa. a) ¿Cuál es la máxima tensión que puede aplicarse a una probeta con una sección de 130 mm 2 sin que se produzca deformación plástica? b) Si la longitud original de la probeta es 76 mm. ¿Cuál es la máxima longitud que puede ser estirada sin causar deformación plástica?
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11. Consideremos una probeta cilíndrica de una aleación de aluminio de la figura adjunta de 10 mm de diámetro y 75 mm de longitud que es estirada a tracción. Determinar su alargamiento cuando se aplica una carga de 13500 N.
12. Una probeta cilíndrica de acero tiene un diámetro de 0.6 pulgada y una longitud de 10 pulgadas y se deforma elásticamente a tracción con una fuerza de 11000 lbf. Usando los valores de la tabla adjunta, determinar: a) Lo que se alargará en la dirección de la fuerza aplicada. b) El cambio de diámetro de la probeta. ¿Aumentara o disminuirá el diámetro? 13. Una probeta cilíndrica de acero tiene un diámetro de 15.2 mm y la longitud de 250 mm y se deforma elásticamente a tracción con una fuerza de 48900 N. Usando los valores de tabla adjunta, determinar: a) Lo que se alargará en la dirección de la fuerza aplicada b) El cambio de diámetro de la probeta ¿Aumentara o disminuirá el diámetro? 14. Un cilindro de aluminio de 19 mm de diámetro tiene que ser deformado elásticamente mediante la aplicación de una fuerza a lo largo de su eje. Utilizando los datos de la tabla adjunta, determinar la fuerza que producirá una reducción elástica de 2.5 x 10 -3 mm en el diámetro.
Módulos de elasticidad y de cizalladura a temperatura ambiente y coeficiente de Poisson para varios metales y aleaciones Metal o Aleación
Módulo de elasticidad
Módulo de cizalladura
Coeficiente
psi x 106
MPa x 104
psi x 106
MPa x 104
de Poisson
Aluminio
10.0
6.9
3.8
2.6
0.33
Latón
14.6
10.1
5.4
3.7
0.35
Cobre
16.0
11.0
6.7
4.6
0.35
Magnesio
6.5
4.5
2.5
1.7
0.29
Níquel
30.0
20.7
11.0
7.6
0.31
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Acero
30.0
20.7
12.0
8.3
0.27
Titanio
15.5
10.7
6.5
4.5
0.36
Tungsteno
59.0
40.7
23.2
16.0
0,28
15. Una probeta cilíndrica de una aleación metálica de 10,0 mm de diámetro es deformado, elásticamente mediante la aplicación a tracción. Una fuerza de 15000 N produce una reducción en el diámetro de la probeta de 7x10 -3 mm. Calcular el coeficiente de Poisson de este material si su módulo de elasticidad es 105 MPa.
ENSAYO DE IMPACTO 16. Para el estudio de resiliencia de un material mediante ensayo con péndulo de Charpy, se ha utilizado una probeta de 10 x 10 mm con una entalla en forma de U de profundidad 2 mm. Sabiendo que el valor de la resiliencia es de 28,5 J/cm2, que la masa del martillo es de 30 kg y la altura de partida de la caída de 140 cm, explica en qué consiste dicho ensayo y calcula el valor de la altura a la que se elevará el martillo después del golpe y posterior rotura de la probeta. 17. Para el estudio de la resiliencia de un material mediante ensayo Charpy, se ha utilizado una probeta de sección 10 x 10 mm con una entalla en forma de U. Sabiendo que el valor de la resiliencia obtenida es de 50 J/cm2, que la masa del martillo es de 30 kg, la longitud del brazo del péndulo de 1 m y el ángulo de partida del ensayo α = 60º, calcula la altura “h1” a la que se elevará el péndulo
y el ángulo β que adquiere el mazo con respecto
a la vertical después del golpe. 18. A una probeta de sección cuadrada de 10 mm de lado y 2 mm de entalla en el centro de una de sus caras , se le somete a un ensayo de flexión por choque, con un martillo de 20 Kgf, cayendo desde una altura de 90 cm y recuperando, tras la rotura, la altura de 70 cm. Haga un esquema del ensayo propuesto y determine: a) Energía absorbida por la probeta. b) Resiliencia del material.
ENSAYO DE FLEXIÓN 19. Se efectúa un ensayo de flexión de tres puntos en un bloque de carburo de silicio que tiene 10 cm de largo, 1.5 cm de ancho y 0.6 cm de espesor, y está apoyado en dos soportes separados 7.5 cm. La muestra se rompe cunado se registra una flexión de 0.09 mm. El módulo en flexión del carburo de silicio es de 480 GPa. Suponga que no ha ocurrido deformación plástica. Calcule: a) La fuerza que causo la fractura y b) La resistencia a la flexión.
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20. Un polímero termoestable reforzado con esferitas de vidrio debe flexionarse 0.5 mm al aplicársele una fuerza de 500N. La pieza de polímero tiene un ancho de 2 cm, un espesor de 0.5 cm y 10 cm de largo. Si el módulo de flexión es de 6,9 Gpa, determine la distancia mínima entre soportes ¿Se fracturara el polímero si su resistencia a la flexión es de 85 MPa? Suponga que no ocurre deformación plástica. 21. El modulo en flexión de la alúmina es 45 x 106 psi y su resistencia a la flexión 46,000 psi. Una barra alúmina de un espesor de 0.3 plg, 1.0 plg de ancho y 10 plg de largo se coloca en soportes separados 7 plg. Determine la deflexión en el momento en que se rompe la barra, suponiendo que no ocurra deformación plástica.
ENSAYO DE FATIGA 22. Una barra de 1 pulgada de diámetro de una aleación de hierro – cromo – níquel se somete a una carga de 2500 lb. ¿Cuántos días durara la barra sin romperse a 980°C? 23. Una barra de 5 x 20 mm de aleación hierro – cromo – níquel debe operar a 1040°C durante 10 años sin romperse ¿Cuál es la máxima que se puede aplicar? 24. Una aleación de hierro – cromo – níquel debe soportar una carga de 1500 lb a 760°C durante 6 años. Calcule el diámetro mínimo de la barra. 25. Una barra de 1.2 pulgadas de diámetro de una aleación de hierro – cromo – níquel de operar durante 5 años bajo una carga de 4000 libras ¿Cuál es la temperatura máxima de operación? 26. Una barra de hierro fundido dúctil de 1 pulgada x 2 pulgadas debe operar durante 9 años a 650°C. ¿Cuál es la carga máxima que se puede aplicar? 27. Una barra de hierro fundido dúctil debe operar con un esfuerzo de 6000 psi por un año. ¿Cuál es la temperatura máxima permisible?
Problemas N° 01, 02, 03 y 04 ING. JOSE JAVIER SOSA VICTORIANO
Problemas N° 05 y 06
