1. INTRODUCCION
El estudio de los materiales es importante para el libre desarrollo de las actividades del ser humano, importante para la mayoria de las ramas de conocimiento. Conocer las propiedades de estos nos ayuda a aprovecharlas y adaptarlas lo mejor mejor posible a nuestras necesidades, a un mayor rendimiento, mas calidad y mejor utilizacion de recursos. Materiales como el bronce y el aluminio son muy importantes y frecuente frecuentess en nuestro nuestro estilo de vida, necesarios necesarios y escasos, muestran que a pesar de todo fallan y no son eternos; es importante conocer estos datos para evitar errores o tragedias por falla de los mismos.
2. GENERALIDADES DE LOS MATERIALES MATERIALES DUCTILES
“La ductilidad, es la propiedad que presentan algunos metales y aleaciones cuando bajo la acción de una fuerza pueden estirarse sin romperse para obtener alambres o hilos” [ 1]. En otras palabras es cuando un metal, al aplicarsele una carga, se deforma, al principio elasticamente y luego plasticamente. Cuando se deforma elasticamente no sufre deformaciones, despues de que se dan los deslizamientos se deforma permanentemente con una carga mucho menor [ 2]. Es lo contrario a la fragilidad. Los diagramas de esfuerzo-deformacion esfuerzo-deformacion de materiales ductiles son tipicos. Se puede observar la deformacion elastica y luego la deformacion plastica.
Observamos que, en un momento dado, los esfuerzos disminuyen y producen una mayor deformacion; esto se debe a que se da un “encuellamiento” o reduccion de area en cierto punto de la probeta. Tambien conocido como zona de estriccion [ 3]. Figura 1.2 Zona de estriccion
“La ductilidad de un metal se valora de forma indirecta a traves de la resiliencia” [ 4]. 3. CARACTERISTICAS DEL BRONCE Y EL ALUMINIO 3.1 El bronce
Fue la primera aleacion fabricada voluntariamente por el ser humano. humano. Esta aleaci aleacion on consis consiste te en una base de cobre aleada con estaño, aunque tambien se añaden otros metales [ 5].
Figura 3.1 Bronce
Es uno de los mas duros, de textura lisa y color marron. No es tan brillante y se obtiene por fundicion [ 6]. Esta Esta compue compuesto sto basica basicamen mente te por cobre cobre y estaño estaño.. Tambien se le añade zinc, antimonio, plomo, aluminio, niquel, hierro, manganeso, silicio, fosforo, entre otros [ 7]. Tiene una densidad de 8.70-8.88 g/cc a temperatura ambiente [ 8]. Figura 1.1 Diagramas esfuerzo deformacion
Se usa para la fabricacion de baterias electricas, de monedas, de engranajes, de cojinetes, de campanas, de telas metalicas, de enrejados para filtros y tamices, de tubos y de llaves. Tambien en el arte [ 9].
3.2 El aluminio Es un mate materi rial al muy muy abundante en la corteza terr terres estr tre, e, lleg llegan ando do a conformar un 7.85% de esta. Es muy ligero, tenaz, ductil y maleable. maleable. Tiene Tiene textura textura lisa. lisa. Se obtiene por electrolisis de una mezcla de criolita y bauxita fundidas en un horno electrico. Tiene Tiene una densidad de 2.3-2.7 g/cc a temperatura ambiente [10].
Figura 4.2 Probetas bronce frontal
Figura 3.2 Aluminio
Se usa en el transporte para la industrial aeroespacial y para la fabricacion de automoviles. Tambien Tambien se usa para envase y embalaje, para la construccion y para la elaboracion de materiales electricos. Es indefinida indefinidamente mente reciclable reciclable sin perdida perdida de calidad calidad [ 11].
Figura 4.3 Probetas bronce lateral
4.2 Probeta para el aluminio Las dimensiones de la probeta fueron: un cilindro recto de 300 mm de longitud y 22.2 mm de diametro.
4. PROBETAS
Se utilizaron: para el ensayo de bronce 2 probetas, una con 80% Cu y 20% Sn, y otra con 95%Cu y 5%Sn; para el ensayo de aluminio se uso una sola probeta. 4.1 Probeta para el bronce Las dimensiones para las probetas fueron:
Figura 4.4 Probeta aluminio frontal
Figura 4.1 Dimensiones de la probeta
G - longitud calibrada: 50.0 ± 0.2 [mm] W - ancho: 12.5 ± 2.0 [mm] T - espesor: 1.5 ± [mm] [mm] R - radio del filete, min.: 12.5 [mm] L - longitud total, min.: 200 [mm] A - longitud de la sección reducida, min.: 57 [mm] B - longitud de la sección de agarre, min.: 50 [mm] C - ancho de la sección de agarre, aprox.: 20 [mm]
Figura 4.5 Probeta aluminio aluminio ancho
5. NORMA
Para el ensayo de bronce y aluminio se uso la norma ASTM E8/E8M-09.
6. DESCRIPCION DEL EQUIPO
PRACTICA
El ensayo fue realizado realizado en el edificio edificio de “Caracter “Caracterizaci izacion on de material materiales” es” de la universid universidad ad industrial de santander. La maquina utilizada fue una MTS 810 Material Test System. Esta sirve para hacer multiples ensayos: tension, compresion, fatiga, fractura mecanica y durabilidad de los materiales. Posee un sistema variado de cargas controladas y diferentes grados de flujo en el servo-valvula. Tiene una capacidad desde 25kN hasta 500 kN.
Los datos obtenidos durante la practica son: la carga aplicada y el alargamiento producido.
C arg a kN
D e s p la z a m ien to mm
0 .3 5 5 6 2 4 1 7
0 .0 3 1 2 3 8 8 0 4
6 .4 9 2 4 8 2 2
1 .702 42 43
6 .7 2 3 2 0 3 7
3 .370 93 11
6 .9 3 0 0 6 5 2
5 .039 96 66
7 .0 4 5 2 1 0 4
6 .707 71 12
7 .2 5 7 7 3 1 4
8 .376 36 47
7 .3 5 1 6 4 7 9
1 0.04 46 29
7 .4 5 9 0 7 1 2
1 1.71 21 62
7 .5 7 2 3 1 8 6
1 3.38 11 79
7 .6 6 8 4 1 9 4
1 5.04 86 78
7 .7 3 9 6 7 2 2
1 6.71 69 34
7 .8 2 3 3 9 1 9
1 8.38 58 15
7 .8 1 1 1 4 9 6
2 0.05 32 99
7 .8 7 7 7 0 8 9
2 1.72 19 91
7 .8 0 4 2 3 1 6
2 3.39 02 02
8.1 Para el bronce Figura 6.1 Maquina MTS 810 810
Tabla Tabla 8.1 Carga/desplazamiento en bronce
7. DESCRIPCION DEL PROCEDIMEINTO
Se fabrican las probetas según la descripcion de la norma. Se realiza el ensayo: se instalan en la maquina, se determina la velocidad de aplicación de la carga y se inicia el ensayo. Todo el procedimiento es contro controlad lado o por una comput computado adora ra que tiene tiene un software instalado, el cual, ademas, mide los datos de carga y alargamiento, y, al final, los arroja en una tabla de excel y los grafica. Con los datos obtenido se hace el respectivo analisis.
9 8 7 N 6 k a 5 zr e uf 4 -
a gr 3 a C
2 1 0 0
5
10
15
20
25
30
Desplazamiento mm
Grafica 8.1 Carga/desplazamiento en bronce Figura 7.1 Adecuacion de la probeta en la maquina
8. DATOS DATOS OBTENIDOS DURANTE LA LA
Longitug inicial: 85 mm Area inicial: 18 mm²
Velocidad de aplicacion la carga: 0.35 kN a 3 mm/s
90
8.2 Para el aluminio
80
Car g a kN
Desp l az am i en to mm
2. 0715508
0. 033697393
59. 770813
0. 8545925
66. 865364
1. 6703491
69. 925468
2. 4874554
72. 146225
3. 305639
74. 224663
4. 1214142
75. 969475
4. 9378066
77. 036522
5. 7550197
78. 414291
6. 5716043
79. 405678
7. 389267
79. 752045
8. 2045813
80. 768723
9. 0225019
81. 308975
9. 8401585
81. 721466
10. 655953
82. 028542
11. 472112
82. 249763
12. 289081
82. 370895
13. 105886
82. 424675
13. 922939
82. 254517
14. 739684
81. 907181
15. 557863
80. 151581
17. 188528
78. 668846
18. 006937
76. 782875
18. 823822
74. 571762
19. 639475
Esfuerzo
Deformacion ion
71. 899399
20. 457977
65. 217812
21. 275085
Mpa
mm/mm
0.019 0.01975 75689 68983 83
0.000 0.000367 367515 5153 3
0.360 0.36069 69345 34556 56
0.020 0.020028 028521 5212 2
0.373 0.37351 51131 13167 67 0.385 0.38500 00362 36222 22
0.039 0.039658 658012 0129 9 0.059 0.059293 293724 7247 7
0.391 0.39140 40057 05778 78 0.4032 403207 073 3
0.078 0.078914 914249 2494 4 0.09 0.098 85454 545467 671 1
0.408 0.40842 42488 48833 33 0.414 0.41439 39284 28444 44
0.118 0.118172 172105 1059 9 0.137 0.137790 790141 1412 2
0.420 0.42068 68436 43667 67
0.157 0.157425 425635 6353 3
0.4260 426023 233 3
0.17 0.177 70432 043270 706 6
0.429 0.42998 98178 17889 89 0.434 0.43463 63288 28833 33
0.196 0.196669 669811 8118 8 0.216 0.216303 303705 7059 9
0.433 0.43395 95275 27556 56
0.235 0.235921 921164 1647 7
0.437 0.43765 65049 04944 44 0.433 0.43356 56842 84222 22
0.255 0.255552 552835 8353 3 0.275 0.275178 178847 8471 1
Tabla 8.2 Carga/desplazamiento en aluminio
70 N 60 k a 50 zr e uf 40 -
a gr 30 a C
20 10 0 0
5
10
15
20
25
Desplazamiento mm
Grafica 8.2 Carga/desplazamiento en aluminio Longitug inicial: 300 mm Area inicial: 387 mm² Velocidad de aplicacion la carga: 50 ton a 1.7 mm/s 9. ANALISIS DE RESULTADOS 9.1 Para el bronce
Tabla 9.1 Esfuerzo/deformacion en en bronce
0.5
0.4
0.45 0.35
0.4
0.3
0.35 P M
a
0.3
0.25
o 0.25 zr e 0.2 uf s E 0.15
0.2 0.15
0.1
0.1
0.05 0.05
0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0
Deformacion mm
0
Grafica 9.1 Esfuerzo/deformacion en bronce
0
0
0
Grafica 9.3 Corte para hallar el Sy
en bronce
Deformacion en el Sy: 0.0019 mm/mm Modulo de resistencia: 0.00012 MPa
0.5 0.45 0.4 a
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
Esfuerzo en el Sy: 0.1329 MPa
Longitud final: 85.3986 mm Modulo de young: 53.198 Mpa Esfuerzo maximo: 0.434 Mpa Esfuerzo en la ruptura: 0.3986 Mpa % de elongacion: 28.38 %
P M
0
9.2 Para el aluminio
0.35 0.3
o 0.25 zr 0.2 e uf s 0.15 E
0.1
0.05 0 0
100
200
300
400
500
600
700
Deformacion mm/mm Grafica 9.2 Sy para la grafica esfuerzo/deformacion en
bronce
800
Esfuerzo Mpa 0.111881 3.42801 3.8349 4.01041 4.13777 4.25698 4.35705 4.41825 4.49726 4.55412 4.57399 4.6323 4.66328 4.68694 4.70455 4.71724 4.72419 4.72727 4.71751 4.69759 4.5969 4.51186 4.4037 4.27688 4.12362 3.74041
Deformacion mm 0.00029302 0.007431239 0.014524775 0.021630047 0.028744687 0.035838384 0.042937449 0.05004365 0.057144385 0.064254496 0.071344185 0.078456538 0.085566596 0.092660461 0.099757496 0.106861574 0.113964226 0.121069035 0.128171165 0.135285765 0.149465461 0.156582061 0.163685409 0.170778044 0.177895452 0.185000739
Modulo de young: 461.3 Mpa Esfuerzo maximo: 4.727 Mpa Esfuerzo en la ruptura: 3.74 Mpa
% de elongacion: 8 % % de reduccion de area: 45.48 % 5 4.5 4 a P M
3.5 3
o 2.5 zr e 2 uf s 1.5 E
1 0.5 0 0
Tabla 9.2 Esfuerzo/deformacion en aluminio 5
15
20
25
30
Deformacion mm
4.5
4
4
3.5 P M
10
Grafica 9.5 Sy para la grafica grafica esfuerzo/deformacion esfuerzo/deformacion en aluminio aluminio
4.5
a
5
3.5
3
3 a P M 2.5
o 2.5 zr e 2 uf s E 1.5
o zr 2 e uf s 1.5 E
1
1
0.5 0.5 0 0 0.02 0.02 0.04 0.04 0.06 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.18 0.2
Deformacion mm/mm
Grafica 9.4 Esfuerzo/deformacion en aluminio Longitud final: 324 mm Area final: 211 mm²
0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Deformacion mm Grafica 9.6 Corte para hallar el Sy
en aluminio
Esfuerzo en el Sy: 3.17 MPa Deformacion en el Sy: 0.0065 mm/mm
4.5
Modulo de resistencia: 0.0103 Mpa 11. APARIENCIA DE LAS PROBETAS DESPUES DE LA FRACTURA 11.1 Para el bronce
de carga que puede soportar esta, por lo tanto los esfuerzos en el ensayo del bronce son mucho menores que en el del aluminio. El porcen porcentaj tajee de elonga elongacio cion n del bronce bronce debe debe ser menor a 65% y su resistencia a la tracción debe estar entre los 5,4 y 10,8 KN [12]. Según lo obtenido en la practica, el porcentaje de elongacion fue de 28,38% y su resistencia de 7.92 kN, datos que se encuentran dentro de los establecidos.
12. REFERENCIAS 12.1 Referencias de libros
[3] ASKELAND, Donald R. Ciencia de los materiales, tercera edicion; International Thomson Editores, pp 134-135. 12.2 Referencias en Internet
[1] Ductilidad. Disponible en: http://enciclopedia.us http://enciclopedia.us. [citado o el 26 es/ es/index.php/Ductilidad [citad febrero del 2011]. de [2] Diagrama esfuerzo-deformacion. Disponible en: http://www.angelfire.com/pro2/resmat/U02/ 01diagramaesfuerzo/diaesf.htm 01diagramaesfuerzo/diaesf.htm [Citado el 11.2 Para el aluminio 26 de febrero del 2011]. [4] Ductilidad. Disponible en: http://enciclopedia.us http://enciclopedia.us.. es/ es/index.php index.php/Duc /Ductilid tilidad ad [citado [citado el 26 de febrero del 2011]. [5] Aleacion cobre-estaño (Cu + Sn): Bronce. Disponible en: https://www.c https://www.codelcoeduca.cl odelcoeduca.cl /cobre/ aleaciones/t-bronce.html aleaciones/t-bronce.html [Citado el 26 de febrero del 2011]. Figura 11.2 Probeta de aluminio despues de laa fractura fractura [6] Bronce. Disponible en: http://redescolar.i http://redescolar.ilce.edu. lce.edu. mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/ bronce.htm [Citado el 26 de febrero del 10. COMPARACION DE RESULTADOS 2011]. [7] Bronce. Disponible en: http://redescolar.i http://redescolar.ilce.edu. lce.edu. B ro n c e Alu m in io mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/ 0.434 4.727 E s f u er er z o M a x i m a M p a bronce.htm [Citado el 26 de febrero del Esfuerzo ruptura Mp a 0.3986 3.74 2011]. E s f u e rz rz o S y M p a 0.1329 3.17 [8] Bronce. Disponible en: http://redescolar.i http://redescolar.ilce.edu. lce.edu. D e fo fo r m a c i o n S y m m / m m 0 . 0 0 1 9 0.0065 mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/ % e l o n g a c io io n 28.38 8 bronce.htm [Citado el 26 de febrero del 2011]. [9] Aleacion cobre-estaño (Cu + Sn): Bronce. 11. DISCUCION DE RESULTADOS Disponible en: https://www.c https://www.codelcoeduca.cl odelcoeduca.cl /cobre/ aleaciones/t-bronce.html [Citado el Se observa que el modulo de elasticidad del aluminio 26 de febrero del 2011] es mucho menor que el del bronce, lo cual indica que http://redescolar.ilce. lce. el bronce bronce es mucho mucho mas ductil ductil que el alumin aluminio. io. [10] Aluminio. Disponible en: http://redescolar.i edu.mx/redescolar/publicaciones/publi_ Tambien el area de la probeta influye en la cantidad Figura 11.1 Probeta de bronce despues de la fractura
rocas/aluminio.htm [Citado el 27 de febrero del 2011]. [11] El aluminio. Disponible en: http://www.aim.es/ http://www.aim.es/ publicaciones/bol2/16_Aluminio.pdf [Citado el 27 de febrero del 2011]. 12.3 Referencias en revistas
[12] C.J Jimenez, L.C Uribe y J. Arenas. “Ensayo de traccion”, Ensayos de ciencia de los materiales grupo grupo J1, Febrero 2011, 2011, p. 6.
13. AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a la docente Clara López por toda la asesoria y disposicion a la hora de realizar el proyecto, el cual despierta nuestra parte cientifica impuls impulsand andono onoss a ir mas alla. alla. Igualm Igualment entee para para el técnico Jaime Alberto Cadena por su disposición e informacion dada en la práctica de traccion. Tambien Tambien a aquello compañeros del grupo J1 de “Ciencia de los materiales” que estuvieron siempre dispuestos a colaborar durante el desarrollo de este proyecto. 14. CURRICULUM
