UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERIA CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICA CARRERA DE INGENIERIA CIVIL
TEMA:
ENSAYO DE TRACCION EN ACERO LAMINADO AL CALOR Y LAMINADO AL FRIO
ENSAYO N°4
NOMBRE:
ALEXIS JAVIER LEON TAPIA PARALELO:
SEGUNDO FECHA DE REALIZACION:
2015/05/28 FECHA DE ENTREGA:
2015/06/04 DIA Y HORA:
JUEVES/09:00
INTRODUCCION
Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el sentido de aplicación de la fuerza. En el caso del ensayo de tracción, la fuerza se aplica en dirección del eje de ella y por eso se denomina axial, la probeta se alargara en dirección de su longitud y se encogerá en el sentido o plano perpendicular. Se define como acero estructural al producto de la aleación de hierro, carbono y pequeñas cantidades de otros elementos tales como silicio, fósforo, azufre y oxígeno, que le aportan características específicas. El acero laminado en caliente, fabricado con fines estructurales, se denomina como acero estructural al carbono, con límite de fluencia de 250 MPa. Propiedades del acero laminado en frío
El acero 1144 se forma típicamente como un producto laminado en frío. El acero de grado 1144 del Instituto Norteamericano de Hierro y Acero es un acero al carbono medio comúnmente fabricado en el proceso de laminación en frío. También conocido como un acero a prueba de estrés, el 1144 tiene excelentes propiedades de resistencia al desgaste y dureza. Al igual que otros aceros al carbono medio, el 1144 se puede endurecer y tratar térmicamente después de darles forma. Propiedades físicas
El acero 1144 laminado en frío tiene una densidad de 7,87 gramos por centímetro cúbico o de 0,284 libras por pulgada cúbica. Tiene un módulo de cizallamiento de 80 GPa. Propiedades mecánicas del acero laminado en caliente
Las planchas de acero laminadas en caliente se utilizan como placas de armaduras para reforzar los puentes de acero. El acero laminado en caliente
es fabricado vertiendo el acero fundido y caliente en lingotes grandes y enrollándolo cuando se enfría para mejorar las características de rendimiento del metal. Mientras se enrolla el acero, el material se refuerza debido al aumento de la densidad estructural. El proceso de manufactura
Acero laminado en caliente difiere del acero laminado en frío en que se enrolla y se forma mientras que aún en un estado fundido. El mineral de hierro se funde y se purifica en grandes cucharones. Luego, metales de aleación como carbono, magnesio, tungsteno, etc. se mezclan en la solución fundida para mejorar las características de uso finales. Rendimiento a la tracción
El rendimiento a la tracción es una medida de la presión a la que el material se deforma permanentemente y pierde su forma. El acero tiene una elasticidad limitada y se estira y se comprime bajo una presión menor sin perder permanentemente su forma. Punto máximo de resistencia a la tracción
La resistencia a la tracción es una medida de la presión a la que una sola pieza de material va a sufrir una rotura y va a estallar o quebrarse en varias piezas. Este momento de rotura es importante para los ingenieros cuando diseñan aplicaciones que se someten a esfuerzos dinámicos, como las planchas en un barco trasatlántico.
OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES:
Determinar las propiedades mecánicas del acero laminado al calor y laminado al frio mediante esfuerzos de tracción.
Interpretar los datos obtenidos mediante el análisis de diagrama esfuerzo unitario vs deformación especifica.
Encontrar las diferencias de las probetas ensayadas en función de los resultados obtenidos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Verificar que se cumpla la ley de Hooke, encontrar el módulo de elasticidad y señalar dicha zona.
Identificar las zonas debido al comportamiento del material, así como sus límites correspondientes.
MATERIALES Y EQUIPOS MATERIALES:
Acero laminado al calor
Acero laminado al frio
EQUIPOS:
Máquina Universal 30 Ton. Apreciación: ±1 Kg
Calibrador Apreciación: ± 0.05mm
Compas de porcentaje Apreciación: ± 1% Deformimetro Lineal Acero laminado al calor Apreciación: ± ∙ −
Deformimetro Lineal Acero laminado al frio Apreciacion: ± ∙ −
PROCEDIMIENTO:
Reconocimiento de cada una de las probetas con las que vamos a realizar el ensayo sea acero laminado al calor y laminado al frío.
Determinar la capacidad y apreciación de cada equipo a utilizar.
Por medio del calibrador determinar las dimensiones (a, b, Lm) de las muestras a ensayarse.
Colocar en la máquina todos los equipos necesarios para realizar los ensayos correspondientes con cada uno de los materiales
Colocar el acero laminado al calor con el deformimetro lineal en la maquina universal.
Realizar el mismo procedimiento anterior para el acero laminado al frio.
Observar cual es la carga máxima a la cual falla la muestra y ubicar en su respectivo cuadro de datos.
Analizar cada uno de los cambios y fallas que tiene el material al ser sometido a esta carga.
Identificar las longitudes finales que tiene cada material
Cada material tiene diferente resistencia y al observar podemos proceder a escribir los datos que nos da la maquina universal.
Ubicar los datos que nos devuelve realizando una tabla de datos.
Realizar el respectivo gráfico de esfuerzo vs deformación para cada material ensayado.
TABLA ACERO LAMINADO AL CALOR
CARGA
N
P
P
Kg
N
DEFORMACION
AREA
∆
A
−2
1∙10
DEFORMACION ESFUERZO ESP.
%
2
Mpa
mm/mm
1
0
0
0
228
0
0
2
500
4905
2
228 21,5131579
0,0001
3
1000
9810
9
228 43,0263158
0,00045
4
1500
14715
10
228 64,5394737
0,0005
5
2000
19620
11
228 86,0526316
0,00055
6
2500
24525
14
228 107,565789
0,0007
7
3000
29430
16
228 129,078947
0,0008
8
3500
34335
17
228 150,592105
0,00085
9
4000
39240
21
228 172,105263
0,00105
10
4500
44145
23
228 193,618421
0,00115
11
5000
49050
25
228 215,131579
0,00125
12
5500
53955
27
228 236,644737
0,00135
13
6000
58860
28
228 258,157895
0,0014
14
6500
63765
31
228 279,671053
0,00155
15
7000
68670
33
228 301,184211
0,00165
16
7300
71613
60
228 314,092105
0,003
17
7320
71809,2
70
228 314,952632
0,0035
18
7270
71318,7
80
228 312,801316
0,004
19
7310
71711,1
90
228 314,522368
0,0045
20
7260
71220,6
100
228 312,371053
0,005
21
7300
71613
110
228 314,092105
0,0055
22
7320
71809,2
120
228 314,952632
0,006
23
7360
72201,6
130
228 316,673684
0,0065
24
7360
72201,6
140
228 316,673684
0,007
25
7310
71711,1
150
228 314,522368
0,0075
26
7380
72397,8
160
228 317,534211
0,008
27
7380
72397,8
170
228 317,534211
0,0085
28
7340
72005,4
180
228 315,813158
0,009
29
7420
72790,2
190
228 319,255263
0,0095
30
7480
73378,8
200
228 321,836842
0,01
31
7480
73378,8
210
228 321,836842
0,0105
32
7450
73084,5
220
228 320,546053
0,011
33
7490
73476,9
230
228 322,267105
0,0115
34
7840
76910,4
240
228 337,326316
0,012
35
9290
91134,9
228 399,714474
0,1
2000 10
36
9420
92410,2
2400 12
228 405,307895
0,12
37
9530
93489,3
2800 14
228 410,040789
0,14
38
10230
100356,3
3200 16
228 440,159211
0,16
39
10530
103299,3
3600 18
228 453,067105
0,18
40
10570
103691,7
4000 20
228 454,788158
0,2
41
8650
84856,5
5800 29
228 372,177632
0,29
TABLA ACERO LAMINADO AL FRIO
CARGA
N
DEFORMACION
AREA
∆
P
P
Kg
N
−2
1 ∙ 10
DEFORMACION ESFUERZO ESP.
A %
2
Mpa
mm/mm
1
0
0
0
29,22
0
0
2
250
2452,5
8
29,22 83,9322382
0,000314961
3
500
4905
17
29,22 167,864476
0,000669291
4
750
7357,5
27
29,22 251,796715
0,001062992
5
1000
9810
36
29,22 335,728953
0,001417323
6
1250
12262,5
46
29,22 419,661191
0,001811024
7
1500
14715
56
29,22 503,593429
0,002204724
8
1750
17167,5
68
29,22 587,525667
0,002677165
9
2000
19620
77
29,22 671,457906
0,003031496
10
2250
22072,5
106
29,22 755,390144
0,004173228
11
2390
23445,9
160
29,22 802,392197
0,006299213
12
2400
23544
200
29,22 805,749487
0,007874016
13
2420
23740,2
300
29,22 812,464066
0,011811024
14
2350
23053,5
400
29,22 788,963039
0,015748031
15
2420
23740,2
500
29,22 812,464066
0,019685039
16
2430
23838,3
600
29,22 815,821355
0,023622047
17
1310
12851,1
707,62
29,22 439,804928
0,027859055
DIAGRAMA ACERO LAMINADO AL CALOR
Diagrama Esfuerzo Unitario vs Deformacion Especifica 500
Esfuerzo Maximo (454.8 MPa) 450
400
Limite de elasticidad (314.1MPa) 350
Esfuerzo de ruptura (372.2 MPa) o 300 i r a t i n U 250 o z r e u f s E 200
Limite de Fluencia (337.3 MPa) Limite de Proporcionalidad (301.2 MPa) Series1
Zona de ahorcamiento Zona de endurecimiento
150
Zona de Fluencia 100
50
Zona de elasticidad 0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
Deformacion Especifica
DIAGRAMA ACERO LAMINADO AL FRIO
Diagrama Esfuerzo Unitario vs Deformacion Especifica 900
Limite de fluencia
Esfuerzo Maximo
800
700
600
Zona de endurecimiento Esfuerzo de ruptura
o i r a t i 500 n U o z r e u 400 f s E
300
Series1
Zona de ahorcamiento Zona de fluencia
DIAGRAMA ACERO LAMINADO AL FRIO
Diagrama Esfuerzo Unitario vs Deformacion Especifica 900
Limite de fluencia
Esfuerzo Maximo
800
700
Zona de endurecimiento
600
Esfuerzo de ruptura
o i r a t i 500 n U o z r e u 400 f s E
Series1
Zona de ahorcamiento
300
Zona de fluencia
200
Zona de elasticidad
100
0 0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
Deformacion Especifica
LINEA DE TENDENCIA ACERO LAMINADO AL CALOR
Linea de Tendencia 350
300 y = 173492x o i 250 r a t i n U o200 z r e u f s E150
Series1 Linear (Series1)
100
LINEA DE TENDENCIA ACERO LAMINADO AL CALOR
Linea de Tendencia 350
300 y = 173492x o i 250 r a t i n U o200 z r e u f s E150
Series1 Linear (Series1)
100
50
0 0
0.0005
0.001 Deformacion Especifica
Y = 173492 X σ = 173492Mpa ∙ ε
0.0015
0.002
CALCULOS TIPICOS
TRACCION ACERO LAMINADO AL CALOR
Área de aplicación
A=b∙h A=38mm ∙6mm A = 228 mm Esfuerzo Máximo
σ = Px A 10570kg∙9.81 sm σ = 228mm σ = 454.78 Mpa Deformación de ruptura
ε = ∆ll − 5800 ∙10 ε = 20000 ∙10− ε=0.29 mm mm Módulo de elasticidad
E = ∆σ ∆ε 301.18 MPa E = 0.00165 E = 182533.33 MPa Ductilidad
ε = ∆ll ∙100 − 5800 ∙10 ε = 20000 ∙10− ∙100 ε = 29 % 29% > 5% El material es ductil
Energía Elástica
U = P 2∙ ∆ U=0.5∙7000kg∙9.81 sm ∙ (3.3∙10−m) U=11.33 J Numero de merito
N = P ∙ ∆R N = 10570kg ∙ 9.8 1 sm ∙ (0.058m) N = 6014.11 J
TRACCION ACERO LAMINADO AL FRIO
Área de aplicación
= ∙ = ∙ 3.05 = 29.22 Esfuerzo Máximo
= 2430∙9.81 = 29.22 = 815.82 Deformación de ruptura
= ∆ − 707.62 ∙10 = 25400 ∙10− = 0.0278
Módulo de elasticidad
= ∆ ∆ = 671.45 0.00303 = 221600 Ductilidad
ε = ∆ll ∙100 − 707.62 ∙10 ε = 25400 ∙10− ∙100 ε = 2.78 % 2.78% < 5% El material es fragil Numero de merito
= ∙ ∆ = 2430 ∙ 9.81 ∙ (7.0762∙10−) = 168.68
CONCLUSIONES CONCLUSIONES GENERALES:
La ductilidad del acero laminado al calor es de 29% mayor al 5 % por tal razón es un material dúctil y se verifica en su comportamiento donde sufre una mayor deformación de 58 mm antes de la ruptura
El acero laminado al frio es un material frágil pero de alta resistencia su ductilidad es de un 2.78% y su esfuerzo máximo es 815.82 MPa
El material dúctil acero laminado al calor cumple con la Ley de Hooke, y viene dada por la ecuación
= 173492
En el diagrama del acero laminado al calor se aprecia de forma clara las propiedades mecánicas en especial las zonas de elasticidad, fluencia, endurecimiento y ahorcamiento. En la zona de elasticidad el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación y una constante el módulo de elasticidad obtenido a través de una línea de tendencia, la zona de fluencia tiene la característica de que existe poca diferencia de esfuerzo, y ahora el material se comporta de forma inelástica, en la zona de endurecimiento se observa que ya no es de forma lineal más bien continua en forma de una parábola cóncava hacia abajo y allí está el esfuerzo máximo que soporta el material, por último la zona de ahorcamiento que es decreciente y llega al punto de esfuerzo de ruptura donde el material falla.
El diagrama del acero laminado al frio en cambio no tiene fluencia y se observa que a menos deformación hay más esfuerzo algo propio de este material, su límite de elasticidad y zona de fluencia puede ser obtenida por el método de corrimiento, también posee un esfuerzo máximo y esfuerzo de ruptura.
CONCLUSIONES ESPECÍFICAS
El acero laminado al calor se deforma considerablemente siendo una de sus características principales, pero es menos resistente que el acero laminado al frio.
El ensayo de tracción es un ensayo relativamente sencillo que nos permite medir la carga máxima a la que una muestra está sometida, esta carga provoca que el material falle. En este ensayo se trabaja manteniendo la deformación constante, siendo la carga aplicada, o resistida, lo que varía y produce la forma de la curva esfuerzo-deformación.
El acero por poseer propiedades físicas y mecánicas únicas es un material utilizado para realizar proyectos estructurales que demandan cargas altas y garantizando seguridad, en este ensayo se pudo observar que la carga a la que se somete el acero es una carga axial, por lo que hace que la carga se distribuya de manera uniforme sobre el área aplicada a la probeta
RECOMENDACIONES:
Se debe tratar de tomar las medidas de forma exacta y precisa para disminuir el error en la práctica por ser datos de laboratorio
Para este tipo de ensayo se requiere tomar muy en cuenta la normativa establecida ASTM 4-370 y la Norma Técnica Ecuatoriana INEN 2 167
BIBLIOGRAFIA:
https://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/09/ensayos.pdf http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm02/fcm2_2.html http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/10/ensayo-de-traccion-del-acero.html
ANEXOS
PREPARACION DE LAS PROBETAS A ENSAYAR
Laminado al calor
Laminado al frio
ACERO LAMINADO AL CALOR
Antes del ensayo
Después del ensayo
ACERO LAMINADO AL FRIO
Antes del ensayo
Después del ensayo
NORMA TECNICA ECUATORIANA NTE INEN 2 167
