Instituto Politécnico Nacional
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería Campus Zacatecas Estructuras y propiedades de los materiales
Dr. Miguel Fernando Delgado Pámanes
César Martínez Reyna “Ingeniería Mecatronica”
Primer nivel “1MM2” “Ensayo de tensión de acero 1020”
Fecha de entrega: 06/02/15
Contenido
Introducción ..................................................................................................... III Objetivos .......................................................................................................... III Marco Teórico ................................................................................................. IV Desarrollo ........................................................................................................ VI Material .......................................................................................................... VIII MÉTODOS..................................................................................................... VIII Datos ............................................................................................................... IX Analisis de resultados ...................................................................................... XI Conclusiones .................................................................................................. XII Referencias ..................................................................................................... XII
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Introducción Muchos materiales cuando están en servicio están sujetos a fuerzas o cargas. En tales condiciones conocer las características del material para diseñar el instrumento donde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean excesivos y el material no se fracture. El comportamiento mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada.
Objetivos
Reconocer y determinar de manera práctica las distintas propiedades mecánicas de los materiales Sometidos a esfuerzos de tensión o tracción. Reconocer y diferenciar los estados zona elástica y zona plástica de los metales. Construir e interpretar la gráfica Esfuerzo y Deformación Calcular el módulo de porcentaje de alargamiento y de reducción de área de los metales entre otras. Observar y reconocer ductilidad y fragilidad (en cuanto a su tolerancia a la deformación).
III
Marco Teórico El ensayo de tensión tiene por objetivo definir la resistencia elástica, resistencia última y plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas un axiales. Esfuerzo de cedencia: El esfuerzo de cedencia es el esfuerzo al cual la deformación plástica de hace importante. En los metales, es por lo general es esfuerzo requerido para que las dislocaciones se deslicen. El esfuerzo de cedencia, por tanto. El esfuerzo que divide los comportamientos elásticos y plástico del material. La curva esfuerzo de ciertos aceros de bajo carbono (1020) presentan un esfuerzo de cedencia o limite elástico doble. Resistencia de tensión: El esfuerzo obtenido de la fuerza más alta aplicada es la resistencia a la tensión, que el esfuerzo máximo sobre la curva esfuerzo – deformación ingenieril. En cierto momento una región se deforma más que otras y ocurre una reducción local de importancia en la sección recta, esta región localmente se conoce como “zona de estricción”, dado que el área de la
sección trasversal en este punto se hace más pequeña, se requiere una fuerza menor para continuar su deformación y se reduce el esfuerzo ingenieril. La resistencia a la tensión es el esfuerzo al cual se inicia este encuellamiento en materiales dúctiles. En la curva podemos distinguir dos regiones: Zona elástica: La región a bajas deformaciones, donde se cumple la Ley de Hooke: σ = E ε
(E = modulo elástico).
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Tabla 1: Se detalla la c omposición química del acero 1020
Tabla 2: Propiedades mecánicas del acero 1020
Usos: se utiliza mucho en la condición de cementado donde la resistencia al desgaste y el tener un núcleo tenaz es importante. Se puede utilizar completamente endurecido mientras se trate de secciones muy delgadas. Se puede utilizar para ejes de secciones grandes y que no estén muy esforzados. Otros usos incluyen engranes ligeramente esforzados con endurecimiento superficial, pines endurecidos superficialmente, piñones, cadenas, tornillos, componentes de maquinaria, prensas y levas. Propiedades elásticas: el modulo elástico o módulo de young (E), es la pendiente de la curva esfuerzo-deformación en su región elástica. Esta relación es la ley de Hooke: La ductilidad: mide el grado de deformación que puede soportar un material sin romperse. Se puede medir la distancia entre las marcase calibradas en una probeta antes y después del ensayo. El % de elongación representa la distancia que la probeta se alarga plásticamente antes de la fractura:
Un segundo método para medir la ductilidad es calcular el cambio porcentual en el área de la sección transversal en el punto de fractura antes y después del ensayo. El % de reducción de área expresa el adelgazamiento sufrido por el material durante la prueba:
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Desarrollo 1.- Primeramente se procedió a poner marcas a la probeta de acero 1020 con una distancia de 2 pulgadas de distancia al centro de la probeta.
Imagen 1: Probeta acero 1020
2.- Se midió la longitud de la probeta y área de esta misma para después ingresarlos al software de la máquina.
Imagen 2: Medición de longitud y diámetro de la probeta
3.- Al llegar nuestro turno se instaló la probeta en las tenazas de la maquina hasta que quedo completamente fija.
Imagen 3: fijando las tenazas para un m ejor agarre. Imagen 4: probeta ya instalada.
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4.- Después se puso el extensómetro a la altura de las 2 marcas de la probeta que son de 2 pulgadas.
Imagen 5: instalación del extensómetro
5.- Al termino del paso interior se cerró la escotilla de seguridad y se procedió a que la maquina iniciara el ensayo de tensión.
Imagen 6: maquina universal en funcionamiento.
6.- Después de cierto tiempo y cierta tensión la probeta se fracturo se quitó la probeta de las tenazas y se nos envió los datos del diagrama esfuerzodeformación.
Imagen 7: Resultado del ensayo de la probeta acero 1020.
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Material Maquina u niversal d e ensayo s(SHIMADZU) Buril ø16~23mm,343-08348-17 Probeta de Ac ero 1020(carbo no ) Extensómetro Lentes de protección Guantes Software de tención
MÉTODOS Maquina universal de ensayos (SHIMADZU) Con el uso de sistema de SHIMADZU Para poder aplicarle la técnica de tensión A la probeta y comprobar cuál es su máxima Capacidad de estiramiento, Obtenida por Software.
Buril ø16~23mm, 343-08348-17 Utilizado para mejor agarre De la probeta de acero
Probeta de Acero 1020(carbono) La probeta fue el experimento, Obteniendo como resultado un Encuellamiento en la mitad De la probeta hasta tonar la probeta
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Extensómetro El extensómetro se ocupó para saber Que longitud en (mm) y a que peso en KN, Paso después de ser tensionado.
Medidas de seguridad Lentes de protección Guantes
Datos
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Analisis de resultados
Ensayo De Tensión
Tipo de Fractura: Fractura dúctil, la superficie presenta una parte plana y un labio de corte lo que confiere a la fractura una apariencia de “copa y cono” y aspecto fibroso
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Conclusiones El acero, material usado en labores pesadas, dónde se requiere de una fuerte resistencia, presenta el mayor esfuerzo de fluencia y esfuerzo máximo, es decir, es el que soporta una mayor cantidad de esfuerzo antes de deformarse plásticamente y antes de fallar, lo que lo convierte sin dudas en un material resistente. Los distintos materiales que existen y sus características permiten su utilización según sea requerido, es decir, día a día se busca escoger el material más idóneo para determinada actividad. Esta elección está determinada por las propiedades mecánicas de los materiales, las cuales son: Esfuerzo de fluencia, esfuerzo máximo, deformación a la ruptura, Tenacidad, ductilidad, entre otras, las cuales permiten decir cómo se comportará el material a determinadas condiciones, cuáles valores máximos de esfuerzo podrá soportar e incluso en qué punto fallará. El ensayo de tensión es ideal para medir las toneladas de tensión que puede aguantar un acero y asi poder darle una aplicación a cada uno de los aceros desde el 1010 hasta 1040 etc. Al ser un acero 1020 presento que la tensión era menor hasta su punto de fractura esto quiere decir que a mayor carbón contenga es más duro pero menos dúctil. El acero 1020 presenta que es un material dúctil lo cual hace que se pueda usar para hacer distintas piezas que se puedan doblar, estirar, estampar, recalcar. Con ayuda de la máquina de ensayos de puede ver la gráfica esfuerzo deformación y asi buscar más fácilmente los conceptos.
Referencias www.repositoriodigital.ipn.mx/bitstream/.../TESIS%2014%20DIC
http://www.upbc.edu.mx/im/Resistencias%20y%20Tecnologia%20de%20los%2 0Materiales/Lecturas/Ciencia%20e%20Ingenieria%20de%20los%20Materiales %20-%20Donald%20Askeland%20-%203edicion.pdf
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