UNIVERSIDAD UNIVER SIDAD DE EL E L SALVA SALVADOR FACULT FACULTAD AD DE INGENIERIA INGEN IERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL TECNOLOGIA INDUSTRIAL II CICLO I-2016 Tema: “ENSAYO DE TRACCIÓN EN ALUMINIO” D!e"#e: I"$% F&a"!'(! O&)a"* Re+e( GT: 01
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&e(e"#a* &: A)em." /e&"."*e Ne)(" Ua)*
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C'7*a* U"'8e&('#a&'a9 6 *e Ma+ *e 2016 1
INDICE INTRODUCCION...................................................................................................1 OBJETIVO GENERAL.............. GENERAL................................. ....................................... ........................................ ...................................... .................... .. 2 OBJETIVOS ESPECIFICOS......................... ESPECIFICOS............................................. .................................................... ........................................ ........ 2 ALCANCES....................... ALCANCES........................................... ....................................... ....................................... ............................................. ......................... 3 LIMITACIONES.. LIMITACIONES...................... ........................................ ........................................ ....................................... ........................................ ..................... 3 MARCO MARCO TEÓRICO................... TEÓRICO....................................... ....................................... .......................................................... ....................................... 4 1. General!a!e"................. General!a!e"..................................... ........................................ ................................. ........................... ..................... ....... 4 2. Pr#$e!a!e" Pr#$e!a!e" % $ar&'e(r#" $ar&'e(r#" !e re)eren*a................... re)eren*a................................................. ................................ ..4 4 Pr#$e!a!e" Pr#$e!a!e" !el al+'n# al+'n# ,-,3 T....................................... T..........................................................4 ...................4 Par&'e(r#" Par&'e(r#" !e re)eren*a................ re)eren*a.................................... ......................................... ................................... .............. 3. General!a!e" General!a!e" !el en"a%#.............................. en"a%#............................................................ ........................................... ............. , 4. N#r'a (/*n*a ASTM ASTM % "+" !"(n(#" !"(n(#" a$ar(a!#" a$ar(a!#" n+'/r*#" 0+e ren ren el en"a%#............................................................................................................. En"a%# a"na!# En"a%# !e (ra**n en al+'n# 5ASTM N#r'a E6 # N#r'a E6M7............................ E6M7................................................ ........................................ .................................................. .............................. REALI8ACION REALI8ACION DEL ENSA9O ENSA9O................. ..................................... ........................................ ............................................. ......................... 6 1. C#n!*#ne" C#n!*#ne" a':en(ale" en 0+e "e real;...................... real;............................................... ......................... 6 2. Ma0+nara Ma0+nara % e0+$#......................... e0+$#............................................. ....................................................... ..................................... ..6 6 3. Pre$ara*n Pre$ara*n !e la $r#:e(a......................... $r#:e(a............................................. ........................................ ............................. .........6 6 4. Da(#" n*ale" !e la $r#:e(a........................... $r#:e(a......................................................... .......................................... ............ < . Pre$ara*n Pre$ara*n !e la 'a0+nara # e0+$#............................................ e0+$#..................................................... ......... < ,. M#n(a=e !e la $r#:e(a % a**e"#r#".......................... a**e"#r#"................................................... ............................... ......11. Vara:le" !e #$era*n........................... #$era*n............................................... ................................. ........................... ................ ..116. De"*r$*n De"*r$*n !el !el $r#*e"# $r#*e"# !e real;a*n real;a*n !el en"a%#..................................12 en"a%#..................................12 RESULT RESULTADOS................................ ADOS.................................................... ........................................ ........................................... ............................. ...... 14 17 Da(#" #:(en!#" !el en"a%#......................... en"a%#............................................. ........................................ ........................ ....14 14 27 Da(#" >nale" !e la $r#:e(a.......................... $r#:e(a.............................................. ............................................ ........................14 14 37 Ta:+la*n !e !a(#" % r&>*#"....................... r&>*#"........................................... ..........................................1 ......................1 47 C&l*+l# !e l#" $ar&'e(r#" $ar&'e(r#" %?# @ara:le"................................ @ara:le"............................................ .................. ......1, 1, A. L'(e !e ela"(*!a!....................... ela"(*!a!........................................... ................................... ............................. .................. ....1, 1, B. M!+l# !e E"$a"(*!a! E"$a"(*!a! # M#!+l# M#!+l# !e 9#+n5E7.....................................1, #+n5E7.....................................1, C. P#r*en(a=e P#r*en(a=e !e !e)#r'a*n !e)#r'a*n l#n(+!nal l#n(+!nal 5alara'en(#7....................... 5alara'en(#7....................... 1, D. C#e>*en(e !e P#""#n P#""#n 5@7...................................... 5@7..................................................... ............................. ................ 1, E. E")+er;# !e +en*a.............................. +en*a.................................................. ...................................... ........................... ......... 1 F. Re" Re""(en*a "(en*a a (ra**n...................... (ra**n.......................................... ........................................ ................................ ............1 1 G. Re" Re""(en*a "(en*a !e )ra*(+ra........................... )ra*(+ra.............................................. .............................................. ........................... 1 7 Pr#$e!a!e" Pr#$e!a!e" !el 'a(eral en"a%a!#.......................... en"a%a!#......................................................... ...............................1 1 ANLISIS...........................................................................................................2CONCLUSIONES...... CONCLUSIONES.......................... ....................................... ....................................... ........................................ ................................ ............ 21 BIBLIOGRAFA.......... BIBLIOGRAFA.............................. ........................................ ........................................ ....................................... .............................. ........... 22 GLOSARIO TCNICO....................... TCNICO.......................................... ........................................................... ................................................ ........ 23 ANEOS................ ANEOS................................... ....................................... ........................................ ........................................ .................................. .............. 24 APNDICES...................... APNDICES.......................................... ....................................... ....................................... ........................................... ....................... 26
INTRODUCCION A través través de los años los los avances avances tecnológicos tecnológicos han sido cada vez mayores, mayores, esto ha ha llevado al estudio constante de los materiales más utilizados en la industria con el fin de conocer todas y cada una de sus propiedades para así saber las aplicaciones ideales para cada material y los rangos en que estos pueden ser utilizados. ichos ichos estudios estudios son realizad realizados os en los material materiales es en distinta distintas s formas formas y con distintos distintos propósitos dependiendo de la propiedad del material que se desea conocer, además, los avances tecnológicos han contribuido también a una mayor precisión de los resultados obtenidos obtenidos por medio de estos me!orando así los usos y aplicaciones que se pueden dar a ellos. "n general los materiales de más interés en la ingeniería son los metales ya que son los de mayor utilización y aplicación. #no de estos materiales es el aluminio, que es el tercer metal más abundante en la tierra. "l interés comercial del aluminio es en general en sus aleaciones ya que en estado puro sus propiedades mecánicas son muy ba!as, por lo cual se alea con otros minerales para me!orar muchas de sus propiedades mecánicas. #na de esas aleaciones es la $%$& '( la cual es una aleación aluminio)magnesio)silicio en la cual se centra el estudio contenido en este informe. "l estudio realizado se especifica como un ensayo de tracción el cual fue realizado con el fin de conocer las propiedades y parámetros de la aleación antes mencionada los cuales surgieron a partir de los datos obtenidos de dicho ensayo.
1
OBJETIVO GENERAL. eterminar aspectos importantes sobre el ensayo de tracción en aluminio, temple ( aleaci aleación ón $%$& $%$& que que pued puedan an servir servir para para contro controll de calid calidad ad y para para el futur futuro o comportamiento de una pieza en servicio.
OBJETIVOS ESPECIFICOS. *onocer el proceso de obtención y clasificación del aluminio. eterminar la designación normalizada del aluminio *onocer la norma técnica que rige el ensayo de tracción. eterminar los datos finales básicos de la probeta después de ser sometido al ensayo de tracción.
eter etermin minar ar parám parámet etros ros intrín intrínse secos cos del del alumin aluminio io tales tales como, como, límite límite elásti elástico co,, esfuerzo má+imo y resistencia a la tracción, a partir de los datos obtenidos de manera e+perimental.
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ALCANCES. "l estudio sobre el comportamiento del aluminio sometido a fuerzas de tensión analiza analiza resul resultad tados os tanto tanto teórico teóricos s como práctico prácticos s así como como resultados y realiza una inferencia de lo teórico a lo práctico.
comparac comparación ión de de
buscó comprend comprender er como el alumin aluminio io someti sometido do a esfuerzo esfuerzos s de tensi tensión ón se e buscó comporta así como plasmar los resultados obtenidos en forma gráfica para poder comparar los resultados obtenidos con los de la norma del aluminio $%$& '(.
"l informe toma en cuenta cuenta fuentes bibliográficas bibliográficas de las cuales cuales este se basa para obtener obtener un conocimiento conocimiento previo de la realización de ensayos destructivos, destructivos, en este caso en particular la tensión en aluminio.
e aborda aborda el aspecto práctico luego de realizar el ensayo, obtenien obteniendo do datos de los cuales teóricamente teóricamente se comparan comparan con los de la norma del material material y de los cuales cuales se obtiene obtiene una me!or comprens comprensión ión sobre la realización realización de ensayos ensayos de tensión en aluminio.
LIMITACIONES -or ser una investigación con fines pedagógicos teórica ) práctica de!a por fuera en ámbitos de aplicación aplicación más profunda profunda del aluminio aluminio así como también el acceso a tecnolo tecnología gía más más avanza avanzada da nos nos limita limita en mayor mayor profun profundi dida dad d las m/ltip m/ltiples les aplicaciones que un material como el aluminio posee.
"l informe informe no no profund profundiza iza en las distin distintas tas variant variantes es en que que el materia materiall se ve involucrado, es decir, a pesar de e+istir normas establecidas para materiales estos tienden tienden a variar pues cada fabrica fabricante nte puede puede aplicar distinto distintos s tratamientos tratamientos al material, por e!emplo, temple y composición lo cual puede hacer que los valores prácticos de este informe difieran un poco de los resultados de la norma.
3
MARCO TEÓRICO. 1. Ge Gene nera rali lida dade des. s. "l aluminio es un metal no ferroso, ligero, e+traído de la bau+ita en estado mineral. 0a bau+ita es un metal que contiene alrededor de un 1% al $%2 de al/mina hidratada !unto con impurezas tales como ó+ido de hierro. #na vez obtenida la al/mina se pasa por un proceso de electrolisis y se obtiene aluminio. "l aluminio es un metal que tiene una apariencia muy agradable para la vista, es un buen conductor del calor y la electricidad, es resistente a la o+idación, es liviano, no to+ico, es maleable y d/ctil, puede tomar casi cualquier color y te+tura, pero en estado puro tiene unas propiedades mecánicas ba!as. -ara aumentar aumentar las propiedades propiedades mecánicas mecánicas el aluminio aluminio se tiene tiene que alear con otros element elementos os como el cobre, cobre, mangane manganeso, so, magnesio, magnesio, silicio silicio y zinc entre otros. #na vez aleado el aluminio aumenta su resistencia mecánica por medio de deformación o por medio de un tratamiento térmico. -ara la realización del ensayo de tracción se utilizó una barra de aluminio $%$& '( que corresponde corresponde a una aleación de aluminio)magnesio)silici aluminio)magnesio)silicio o 3seg/n la norma A45 6 &(7, ya que comercialmente es muy difícil encontrar aluminio sin aleación por lo mencionado anteriormente.
. Pr!"ie Pr!"iedad dades es # "ar$%e&r "ar$%e&r!s !s de re'ere re'eren(i n(ia. a. 0as propiedades se definen como un con!unto de características diferentes para cada cuerpo o con!unto de cuerpos que ponen de manifiesto cualidades intrínsecas de los mismos o su forma de responder a determinados agentes e+ternos. *omo *omo se mencio mencionó nó anter anterior iorme mente nte,, el alumi aluminio nio en estad estado o puro puro posee posee propi propied edade ades s mecánicas muy ba!as, por lo cual para su uso comercial debe ser aleado con otros materiales. -ara la realización del ensayo de tracción se desarrolló la b/squeda de la barra que había sido especificada para ser utilizada como probeta, encontrando /nicamente una barra de aluminio $%$& '( con diámetro nominal de 8 de pulgada y una longitud total de 9: pulgadas, la cual fue adquirida y cortada en el mismo lugar a una longitud de $%% mm para cumplir con la medida que había sido solicitada 3;<.%( mm + $%% mm7
Pr!"iedades del al)%ini! *+*, T-. A continuación continuación se tabulan las propiedades más importantes y de mayor interés comercial de la aleación aluminio)magnesio)silicio= •
-ropiedades mecánicas típicas 3a temperatura ambiente :%>*7.
4
*aracteristicas a la traccion=
•
•
*arga de rotura. 0imite elástico. Alargamiento. Alargamiento. 0imite a la fatiga. ?esistencia a la cizalladura ureza @rinell. -ropiedades físicas típicas 3a temperatura ambiente de :%>c7= odulo elástico. -eso específico. 5ntervalo de fusión. *oeficiente de dilatación lineal. *onductividad térmica. ?esistividad eléctrica. *onductividad eléctrica. -otencial de disolución. Aptitudes Aptitudes tecnológicas. tecnológicas.
Par$%e&r!s de re'eren(ia. A continuación continuación en las tablas, de la ; a la & se muestran los parámetros correspondiente correspondientes s al aluminio $%$& '( seg/n la norma #4" 0)&11;=
Tala 1. C!%"!si(i/n 0)%i(a. 2
Si
Fe
C)
Mn
M3
Cr
4n
Ti
O&r!s ele%en&!
Al
s ínimo á+imo
%.&% %.
%$%.;% %.&%
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%.1% %.
%$%.%(
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%.:%
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"l resto
Tala Tala . Cara(&ers&i(as %e($ni(as &"i(as. Cara(&ers&i(as %e($ni(as a la &ra((i/n. Es&ad!
Car3a de de r! r!&)ra R% R% 5N 5N6%%7
Li%i&e el el$s&i(! RP RP +8 5N 5N6%%7
Alar3a%ien&! A 5-.**27
'(
:;(
;9(
;1
Tala Tala ,. Cara(&ers&i(as 'si(as &"i(as. M!d)l! el$s&i(! 5N6%%7
Pes! es"e('i(! 536(%,7
In&er9al! de ')si/n 5:C7
C!e'i(ien&e de dila&a(i/n lineal 5161+* ;7
C!nd)(&i9idad &
$<,(%%
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*on base a los parámetros parámetros y propied propiedades ades mostrados mostrados en las tablas anteriores anteriores,, esta aleación aleación tiene tiene aplicaci aplicacione ones s en= perfiles perfiles para arquitec arquitectura tura,, puertas, puertas, ventana ventanas, s, muros muros cortin cortinas as,, mobil mobiliar iario, io, estruc estructu turas ras,, escal escalera eras, s, pelda peldaño ños, s, ver!a ver!as, s, enre! enre!ad ados os,, barre barreras ras,, cercados, disipadores de calor, módulos electrónicos, carcasas para motores eléctricos, sistemas de ensamblado, elementos especiales para maquinaria, carrocerías de camión, instalaciones neumáticas, tubos de riego calefacción y refrigeración, remaches. "s una aleación muy utilizada para e+truir perfiles de secciones muy complicadas.
,. Genera Generalid lidade adess del ensa#! ensa#!.. 0os ensayos mecánicos de materiales, permiten conocer sus propiedades mecánicas, tales tales como= como= 'ensión nsión de ?otur ?otura, a, 0ímit 0ímite e "lásti "lástico co,, Alarg Alargami amien ento, to, "stri "stricci cción ón,, urez ureza, a, ?esistencia al 5mpacto, *apacidad de doblado, etc. B por tanto pueden ser clasificados atendiendo a las especificaciones normativas de cada uno. Cracias a estos ensayos se puede comprobar que el material corresponde, en cada caso, con el requerido por el cliente, asegurando así la calidad de los mismos. 0os ensayos pueden realizarse a cualquier tipo de material metálico= aceros al carbono, aleados e ino+idables, aluminio y sus aleaciones, aleaciones de cobre 3bronces, latones7, latones7, titanio, etc. Así mismo, los ensayos pueden realizarse sobre muestras completas o sobre probetas preparadas. "l ensayo del aluminio se puede clasificar= •
•
eg/n su rigurosidad como= "nsayo tecnológico= se comprueba si las propiedades del aluminio son adecuadas para una cierta utilidad. eg/n la naturaleza como= "nsayo mecánico= determina la resistencia y elasticidad del material cuando se somet somete e a difere diferent ntes es esfue esfuerzo rzos s 3tracc 3tracción ión,, compre compresió sión, n, fle+i fle+ión ón,, etc7. etc7. "n esta esta
,
categoría a su vez se clasifica el ensayo de tracción o tensión como un ensayo estático. •
eg/n utilidad de la pieza como= "nsayo destructivo= los materiales sometidos a ensayos sufren rotura o daño en su estructura.
>. N!r% N!r%aa &<(n &<(ni( i(aa ASTM STM # s)s s)s dis& dis&in in&! &!ss a"ar a"ar&ad &ad!s !s n)%< n)%
-.
REALI4ACION DEL ENSAO. 1. C!ndi(i!n C!ndi(i!nes es a%ien& a%ien&ales ales en 0)e 0)e se se reali/ reali/.. "l ensay ensayo o de tracci tracción ón fue realiza realizado do el día día martes martes :$ de abril abril de :%;$ :%;$ 0a presió presión n superficial durante ese día fue de ;%;: milibares, la temperatura promedio fue de &:E*, el aire presentaba una humedad entre (D2 al D<2. Ambas condiciones se presentaban al interior del laboratorio de ingeniería civil ya que no es un área cerrada en su totalidad ni hay sistemas para controlar temperatura del ambiente. #sualmente los ensayos de tracción deben realizarse a temperatura temperatura ambiente 3entre :% y :(E *, equivalente al rango de :<& o :
. Ma Ma0) 0)in inar aria ia # e0) e0)i" i"!. !. 0a maquinaria, equipo y accesorios para la realización del ensayo y captura de datos de la probeta de aluminio se detallan a continuación= •
• • • • • •
aquina universal para ensayos de tracción marca 'inus Hlsen3 ver ane+o @;7, @;7, modelo s/per 0 con un rango de fuerza de % a :%%%%% Igf y escala cuyo valor mínimo es de (% Igf. "+tensómetro graduado en milésimas de pulgada. *alibrador vernier @alanza granataria graduada en gramos. *inta métrica graduada en milímetros y pulgadas. artillo de bola. "smeril de banco de $ pulgadas.
'odos los instrumentos antes mencionados pertenecen al laboratorio de ingeniería civil y fueron utilizados en el proceso de preparación de la probeta y toma de medidas de esta, lo cual será e+plicado con más detalle en los siguientes apartados.
,. Pre" Pre"ar ara( a(i/ i/n n de la la "r! "r!e& e&aa -revio -revio a la realiz realizaci ación ón del ensay ensayo o se proce procedió dió a la prepa preparac ració ión n de la prob probeta eta.. A continuación se detallan los pasos que se siguió para dicho proceso= ;. e inic inició ió con un proce proceso so de esmer esmeril ilad ado o de los los e+tr e+trem emos os de la prob probet eta a para para facilitar el ingreso en las mordazas de la maquina universal. icho proceso se realizó de forma manual en un esmeril de banco de $ pulgadas. :. -or medio medio de un martillo martillo y mordaza mordazas s de impacto impacto se procedió procedió a marcar marcar la longitud longitud del tramo calibrado en el centro de la probeta, marcando tres puntos y una longitud calibrada total de :%%mm. &. e procedió procedió a medir la masa de la probeta probeta en la balanza balanza granataria. granataria. 1. #tilizand #tilizando o la cinta métrica métrica se midió midió la longitud longitud inicial inicial de la probeta probeta.. (. 6aciendo uso del calibrador vernier se midió el diámetro inicial de de la probeta. probeta.
6
"n este punto el encargado del laboratorio hizo énfasis en el hecho que el diámetro que se estaba midiendo con el vernier era el diámetro efectivo, ya que el diámetro dado por el fabricante se conoce como diámetro nominal. 6abiendo aclarado lo anterior, se dio por finalizado el proceso de preparación de la probeta.
>. Da&!s Da&!s ini ini(ia (iales les de la la "r! "r!e&a. e&a. "n la tabla 1 se detallan los datos correspondientes a la probeta de aluminio, previo a la realización del ensayo de tracción.
Tala Tala >. Da&!s ini(iales de la "r!e&a. Ma&erial
S%!l!
Ti"! de alea(i/n
N!r%a
Al
Al)g)i
A45 6 &(
Di$% Di$%e& e&r! r! ini( ini(ia iall 5%% 5%%77 Di%ensi!nes
rea rea ini ini(i (ial al 5%% 5%% 7 L!n3 L!n3i& i&)d )d ini( ini(ia iall 5%%7 5%%7
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:D&
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Masa 537
L!n3i&)d del &ra%! (alirad! 5%%7
%.19;
:%%
0os 0os dato datos s ante anteri rior ores es fuer fueron on obte obteni nido dos s por por medi medio o de la real realiz izac ació ión n de los los paso pasos s espec especifi ificad cados os en el apart apartad ado o ante anterio rior, r, recor recorda dando ndo siempr siempre e que que el diáme diámetro tro que que se especifica en la tabla es el diámetro efectivo y no el nominal ya que el nominal dado por el fabricante es de 8 de pulgada que es igual a ;<.%( mm, por lo cual y para reducir al mínimo el margen de error se operará los datos con el diámetro efectivo obtenido con el calibrador vernier. Htro detalle importante es que la probeta no posee sección reducida como la que está especificada en la norma A' "D y su longitud también difiere significativamente respecto a la especificada también en dicha norma. 0o anterior es debido a que, la maquina utilizada para la realización del ensayo requiere una probeta más grande para que que las morda mordazas zas pueda puedan n sosten sostener er compl completa etamen mente te la prob probeta eta y evita evitarr accid acciden entes tes,, además, el e+tensómetro para longitudes pequeñas del laboratorio de ingeniería civil se encuentra dañado, por lo cual, aun teniendo la otra máquina que si permite probetas de dimensiones pequeñas el ensayo se realizó con una probeta más grande.
-. Pre"ar Pre"ara(i a(i/n /n de la %a0) %a0)ina inaria ria ! e0)i" e0)i"!. !. 6abiendo ya realizado las respectivas mediciones de la probeta de aluminio, se procedió a la preparación de la máquina y accesorios con los cuales se llevaría a cabo el ensayo, realizando los siguientes pasos= • •
•
*olocación del e+tensómetro en los agu!eros de la longitud del tramo calibrado. *alibración de las agu!as de la maquina universal en el punto cero Iilogramos de la escala de medida de cargas 3dicha maquina posee dos agu!as, ver ane+o @:7. e especificó que el rango má+imo que se utiliza en ensayos de tracción es de 1%%%% Igf y la maquina fue calibrada en ese rango por medio de un selector 3ver ane+o @&7.
<
•
e especificó el uso del e+tensómetro y la forma correcta de leer los datos, así como también la conversión de los datos leídos a valores de deformación unitaria para su uso posterior en el gráfico esfuerzo)deformación.
*. M!n&a M!n&ae e de de la "r! "r!e&a e&a # a(( a((es! es!ri! ri!ss 0uego de la preparación de la maquinaria se procedió al monta!e de la barra de aluminio 3probeta7 en la maquina universal. e la forma siguiente= ;7 e colocó colocó la probe probeta ta 3con el e+tensó e+tensómet metro ro previa previame mente nte colocad colocado o en ella7 ella7 en la base fi!a 3superior7 donde se encuentran las mordazas y se hizo ascender la base móvil completa en la que se encuentran las mordazas que su!etan la probeta en la parte inferior. 0o anterior se hizo oprimiendo un botón que e!ecuta esa función ubicado en el tablero de la máquina universal 3ver ane+o @17. :7 6abi 6abien endo do ya colo coloca cado do la prob probet eta a se proc proced edió ió a apre apreta tarr las las mord mordaz azas as que que su!e su!eta tarí rían an la prob probet eta a haci hacien endo do uso uso de una una llav llave e espe especi cial al que que se acop acopla la e+teriormente a los pernos de fi!ación ubicados en cada base 3ver ane+o @(7. #na vez realizados dichos procesos se determinó las funciones que cada miembro del equip equipo o de traba traba!o !o habrí habría a de e!ecu e!ecutar tar.. #na #na vez estab estable lecid cido o esto, esto, se proce procedió dió a la realización del ensayo de tracción.
. Varia Variale less de !"era !"era(i/ (i/n. n. "n la tabla ; se presenta los valores y descripción respectiva de las variables utilizadas en la real realiz izac ació ión n del del ensa ensay yo de trac tracci ción ón,, dich dichos os valo valore res s y desc descri ripc pcio ione nes s fuer fueron on proporcio proporcionad nadas as en el laborato laboratorio rio de ingenier ingeniería ía civil por la persona persona encargada encargada de la operación de la máquina y realización de dicho ensayo .
Tala 1. Variales de !"era(i/n del ensa#! Variale Ran3! %$i%! de la %a0)ina
Ran3! %$i%! "ara ensa#!s de &ra((i/n
Val!res
Des(ri"(i/n
e % a :%%%%% Igf
"ste rango va de la mano del modelo de la máquina que en este caso es una 'inus Hlsen super 0
e % a 1%%%% Igf
icho rango se calibra por medio de un selector en el cual ya están establecidos los rangos para los distintos ensayos.
1-
Ran3! %$i%! de se3)ridad es&ale(id! "ara ensa#! de &ra((i/n en al)%ini!
Val!r de la %ni%a di9isi/n en indi(ad!r de (ar3a
Ran3! de (a"&)ra de da&!s de el!n3a(i/n
L!n3i&)d del &ra%! (alirad!
"ntre (%%% y $%%% Igf
ebido a que no se tenía la ficha técnica de la barra de aluminio a utilizar 3ficha que el proveedor di!o no tener7, no se sabía en qué valor de carga la barra se iba a romper, entonces se estableció un rango má+imo de traba!o para evitar comprometer la seguridad del miembro del equipo encargado de la toma de datos en el e+tensómetro. "s decir cuando la agu!a del indicador de carga estuviera en ese rango se debía de!ar de tomar lecturas de elongación y ale!arse de la probeta.
(% Igf
"sto significa que no se puede medir valores tales como (:( o (9( Igf ya que cada división representa (%Igf. 3ver ane+o @$7
(%% Igf
e estableció que para evitar errores al tomar los datos de elongación se debía hacer cada (%% Ig, es decir cada diez divisiones de la escala del indicador de carga se tomaría una medida de elongación hasta llegar al rango má+imo de seguridad establecido.
:%% mm u D plg
"sta longitud se marcó en la probeta de aluminio haciendo uso de mordazas de impacto y un martillo de bola. icha longitud obedece a lo establecido en la norma A' A&9% para ensayos de tracción.
11
Val!r de la (!ns&an&e )&iliada "ara ($l()l! de de'!r%a(i/n )ni&aria.
%.%%;J
"ste valor se debe multiplicar por la lectura en el e+tensómetro el valor resultante se divide entre D 3longitud de tramo calibrado en pulgadas7, calculando así la deformación unitaria en pulgadas. "n caso de necesitar la deformación unitaria en milímetros se debe multiplicar el valor leído en el e+tensómetro por la constante, y luego por :(.1 3cantidad de milímetros en una pulgada7 y al final dividir entre :%% 3valor en milímetros de la longitud de tramo calibrado7 obteniendo así la deformación unitaria en milímetros.
@. Des(ri"(i/ Des(ri"(i/n n del del "r!(es! "r!(es! de reali realia(i/n a(i/n del ensa#! ensa#! *omo ya se ha mencionado con anterioridad, el ensayo de tracción se realizó con una barra de aluminio aleación $%$& '(. e dimensiones ;
12
Gigura ;. @arra de aluminio con e+tensómetro en las mordazas de la maquina universal. e procedió a colocar la probeta 3con el e+tensómetro previamente colocado en ella7 en la base fi!a 3superior7 donde se encuentran las mordazas y se hizo ascender la base móvil completa en la que se encuentran las mordazas que su!etan la probeta en la parte inferior. 6abiendo colocado la probeta en la posición requerida se procedió a apretar las mordazas que su!etarían la probeta haciendo uso de una llave especial que se acopla e+teriormente a los pernos de fi!ación ubicados en cada base. A continuación, continuación, se procedió a la toma de datos como se muestra en el video ad!unto de este informe. 0ogrando tener como resultado la probeta fractura tal como se muestra en la figura :.
Gigura :. @arra de aluminio fracturada después de ser sometido al ensayo de tracción. -ara mayores referencias graficas de la barra de aluminio después de ensayo ver ane+os @9.
13
RESULTADOS. 17 Da&!s Da&!s !&e !&enid nid!s !s del del ensa# ensa#!. !. 0os datos obtenidos son una serie de cargas y elongaciones, estas se presentan es la siguiente tabla. A'H A'H H@'"45H H@'"45 H
CARGA 5Ne=&!n7
El!n3a(i/n 5%%7
1<%(
%.%9$:%% %.;:9%%% %.;99D%% %.:(1%%% %.:9<1%% %.&&%:%% %.1%$1%% %.1D:$%% %.((DD%% %.$&(%%% %.<;11%% ;.&9;$%% &.:9$$%% 9.&;:1%% :D.%%%%%%
7 Da&!s Da&!s 'ina 'inales les de la la "r!e "r!e&a. &a. 0uego de la realización del ensayo en la probeta de aluminio se midió nuevamente las dimensiones que esta presentaba, y los datos obtenidos son presentados a continuación en la tabla $. 3Ker cálculos en apéndices7.
Tala Tala *. Da&!s 'inales de la "r!e&a. Ma&erial Di%ensi!nes
s%!l!
Ti"! de alea(i/n
N!r%a
Al
Al)g)i
A45 6 &(
Di$%e&r! 'i'inal 5% 5%%7
rea 'i 'inal 5% 5%% 7
L!n3i&)d 'inal 5%%7
;1.:
;(D.&9
$:<
2 de red)((i/n de $rea 1.%1 2
L!n3i&)d del &ra%! (alirad! 'inal 5%%7 4o se pudo determinar 3probeta no se rompió dentro de la longitud de tramo
14
calibrado7
2 el!n3a(i/n
El!n3a(i/n 'inal 5%%7
1.$$ 2
:D
,7 Ta)la a)la(i/ (i/n n de da&!s da&!s # 3r$' 3r$'i(! i(!s. s. CARGA 5N7
ELONGACION 5%%7
ESFUER4O 5N6%%7
DEFORMACION UNITARIA
1<%(.%%
%.%9$:%% %.;:9%%% %.;99D%% %.:(1%%% %.:9<1%% %.&&%:%% %.1%$1%% %.1D:$%% %.((DD%% %.$&(%%% %.<;11%% ;.&9;$%% &.:9$$%% 9.&;:1%% :D.%%%%%%
;9.&% &1.$% (;.<% $<.:% D$.(% ;%&.D% ;:;.;% ;&D.1% ;((.9% ;9&.%% ;<%.&% ;<&.9$ :%9.$% ::&.;9 ;9$.1$
%.%%%&D; %.%%%$&( %.%%%DD< %.%%;:9% %.%%;&<9 %.%%;$(; %.%%:%&: %.%%:1;& %.%%:9<1 %.%%&;9( %.%%1(9: %.%%$D(D %.%;$&D& %.%&$($: %.%1$(D<
DIAGRAMA ESFUER8ODEFORMACION 2-.--
2--.--
1-.--
ESFUER8O ESFUER 8O 5N?''27 1--.--
-.--
-.--.---
-.-1-
-.-2-
-. -3-
-.-4-
-.- -
DEFORMACIÓN UNITARIA 5''?''7
1
>7 C$l()l! C$l()l! de de l!s l!s "ar$%e "ar$%e&r!s &r!s #6! 9ariales. 9ariales.
A. L%i& L%i&ee de de elas elas&i( &i(ida idad. d. "l valor del límite de elasticidad se toma de manera gráfica por el método del %.:2 u %.%%:. e presenta un zoom de la gráfica esfuerzo deformación de la zona de interés.
"l valor correspondiente de límite elástico es igual a ;<% 4Lmm :
B. M/d)l! M/d)l! de Es"as&i( Es"as&i(idad idad ! M!d)l! M!d)l! de de !)n35 !)n35E7. E7. "l módulo elás lástic tico se toma tomará rá como la media aritm ritmé ética tica de los los puntos tos esfuerzoLdeformación correspondiente a los esfuerzos menores al límite elástico
de
Esfuerzo Deformacion Deformacion E= =56471 N 2 ≅ 56500 N / mm2 n mm Σ
"l valor del ódulo de elasticidad 3 E 7 es de ($(%% 4Lmm :.
C. P!r(en&ae P!r(en&ae de de'!r%a(i de'!r%a(i/n /n l!n3i&)din l!n3i&)dinal al 5alar3a%ien 5alar3a%ien&!7. &!7. %dede elongac elongacion ionlong longitud itudinal inal
Longitud Longitud final Longitud Longitud inicial × 100 Longitud Longitud iniccial
=
−
1,
%dede elongac elongacion ionlong longitud itudinal inal=
629.00 −601.00 601.00
× 100 =4.7
e obtiene un valor de porcenta!e de elongación de 1.92
D. C!e'i C!e'i(ie (ien&e n&e de de P!iss! P!iss!n n 597 -ara obtener el coeficiente de -oisson se requiere de la deformación unitaria transversal y longitudinal final. eformación unitaria longitudinal má+ima= %.%1$(D< eformación unitaria transversal má+ima=
¿
Diametro Diametro final − Diametro Diametro inicial 14.2−19 = =−0.252631 Diametro Diametro inicial 19
*alculo del *oeficiente de -oisson=
Coefici Coeficiente entede de Possion Possion ( v )=
− Deformacion Deformacionunitariatransversal unitariatransversal 0.252631 = =5.42 Deformacion Deformacionunitarialongitudina unitarialongitudinall
0.046589
Kalor del coeficiente de -oisson 3 v 7= 7= (.1:.
E. Es') Es')er er! ! de de 'l)en 'l)en(i (ia. a. "ste parámetro se determina e+perimentalmente en el ensayo. e obtuvo un valor para el "sfuerzo de fluencia de ;<&.9$ 4Lmm :.
F. Re Resi sis& s&en en(i (ia a a &ra((i &ra((i/n /n?? "ste parámetro representa el valor del esfuerzo má+ima al cual se sometió el material ensayado. "l valor de este parámetro es de ::&.;9 4Lmm :.
G. Res Resis& is&en( en(ia ia de 'ra( 'ra(&)r &)ra. a. "s el esfuerzo de fractura 3"sfuerzo al que se da la fractura7. "l valor del esfuerzo de fractura es de ;9$.1$ 4Lmm :
-7 Pr!"ie Pr!"iedad dades es del %a&er %a&erial ial ensa# ensa#ad! ad!.. Fra3ilidad6D)(&ilidad? #n material con un porcenta!e de elongación longitudinal longitudinal final inferior al (.%2 se dice que es frágil, si el valor es mayor al (.%2 se considera un material d/ctil. "l valor del porcenta!e de elongación longitudinal obtenido es de 1.92.
1
Resilien(ia? edid edida a de la capa capacid cidad ad de un mate materia riall de absor absorbe berr energ energía ía elásti elástica ca antes antes de la deformación plástica. "l valor de residencia está dado por el área ba!o la curva de un diagrama esfuerzo deformación hasta su punto de fluencia. ebido a que la curva se comporta a pró+imamente lineal este valor se calculara por la fórmula del área de un triángulo.
Resiliencia Resiliencia=
( Esfuerzode Esfuerzo de fluencia )( Deformacion Deformacionunitaria unitaria de fluencia ) 2
= 193.76
× 0.006858 2
Kalor de ?esiliencia %.$$ MLmm :
Tena(idad. edida de la capacidad de un material de absorber energía antes de la sedancia por fractura. 0a tenacidad también se define como el área ba!o la curva de esfuerzo de formación de un material. e puede calcular de la forma siguiente. ε R
∫
Tenasidad = σ ( ε ) dε 0
σ ( ε ) ∈ R
∈i
N "sfuerzo en función de la deformación unitaria
N eformación má+ima 3fractura7 N eformación unitaria inicial 3el primer valor medido en el ensayo7
*on la ayuda de "+cel se obtiene una curva a apro+imada a la real y obtenemos la ecuación. 0a grafica se presenta a continuación.
16
≅
0.66 N / mm 2
DIAGRAMA ESFUER8ODEFORMACION 2-.-)5H7 42. ln5H7 3.14 2--.-1-.--
ESFUER8O
1--.--.--.--.--- -.-- -.-1- -.-1 -.-2- -.-2 -.-3- -.-3 -.-4- -.-4 -.--
DEFORMACIÓN UNITARIA
0a ecua ecuació ción n de la gráfi gráfica ca apro+ apro+ima imada da es y N 1:.9( 1:.9(:ln :ln3+7 3+7 O &99.; &99.;1. 1. Ahora hora se pued puede e obtener un valor de tenacidad apro+imado. ε R
∫
Tenacidad = ( 42.752 42.752 ln ( ε ) + 377.14 ) dε =[ { 42.752 ∈ ln ( ε ) −ε }+ 377.14 ε ] εi
0a deformación má+ima 3 ε R 7 N %.%1 %.%1$$ $$ y
ε R εi
ε i N%.%%%&D;. "valuando este valor en la
e+presión anterior se tiene un valor de tenacidad de.;;.1 4Lmm :.
1<
ANLISIS. A continua continuación, ción, se comparan comparan los los parámetros, parámetros, variables variables y propiedades propiedades obtenidos obtenidos con con los valares teóricos.
PARAMETRO6VARIABLE6PROPIE DAD L%i&e de elas&i(idad M/d)l! el$s&i(! Alar3a%ien&! C!e'i(ien&e de P!iss!n Es')er! de 'l)en(ia Resis&en(ia de 'ra(&)ra Resis&en(ia a &ra((i/n Fra3ilidad Resilien(ia Tena(idad
VALOR DE REFERENCIA ;9( 4Lmm: $<(%% 4Lmm : 4o especificado 4o especificado 4o es especificado ;9( 4Lmm: 4o es especificado 4o especificado 4o especificado 4o especificado
VALOR REAL ;<% 4Lmm: ($(%% 4Lmm : 1.92 (.1: ;<&.9$ 4L 4Lmm : ;9$.1$ 4Lmm : ::&.;9 4L 4Lmm : 1.92 %.$$ MLmm : ;;.1 MLmm :
"s importante señalar que la mayoría de parámetros carecen de un dato de referencia, lo cual toma gran importancia debido a que no se puede apreciar completamente la calidad del material adquirido. 'enido en cuenta los pocos parámetros que si poseen un dato de
2-
referencia los resultados son aceptables, debido a que la variación con respecto al dato de referencia es aceptable. #na de las grandes importancias de un ensayo en tracción reside en poder probar la Pcal Pcalid idad adJJ del del mate materi rial al adqu adquir irid ido, o, ya que que a part partir ir de este este pode podemo mos s comp compar arar ar las las propiedades teóricas dadas por el proveedor de un material con las reales que posee este. "s recomendable tener datos de los parámetros y propiedades del material previo a realizar un ensayo de tracción, ya que a partir de ello podemos PpredecirJ la tendencia del comportamiento del material y de esta manera facilitar la obtención de los datos en el ensayo y obtener resultados más precisos.
21
CONCLUSIONES. "l aluminio como tal es un metal no ferroso, ligero, el cual es e+traído de la bau+ita en estado mineral. -ara aumentar las propiedades mecánicas mecánicas de dicho material se tiene que alear con otros elementos como el cobre, manganeso, manganeso, magnesio, silicio y zinc entre otros. #na vez aleado el aluminio aumenta su resistencia mecánica por medio de deformación o por medio de un tratamiento térmico. "l alumin aluminio io utiliz utilizad ado o en la prue prueba ba de tracci tracción ón esta esta desig designad nado o como como $%$& $%$& '(, '(, esta esta designación corresponde a una aleación de aluminio)magnesio)silicio 3seg/n la norma A45 6 &(7. &(7. eg/n la normativa desarrollada por American ociety for 'esting and aterials 3A'7 como estándares para la realización de ensayos de materiales, las pruebas de tensión o de tracción se rigen por la 4orma "D o 4orma "D estableciendo así las condiciones y procedimientos más adecuados para la obtención de buenos resultados. 0a probeta de aluminio $%$& '( después de ser sometida al ensayo de tracción tuvo cambios físicos como resultados finales un diámetro de ;1.: mm, contando con un área de ;(D. ;(D.&9 &9 mm:, así así como como tamb tambié ién n una una long longit itud ud de $:< $:< mm. mm. B pres presen enta tand ndo o una una elongación final de :D mm.
-arámetros determinados= • • • • • • •
0imite elástico ;<% 4L mm : ódulo de elasticidad ($,(%% 4L mm : Alargamiento Alargamiento o porcenta!e porcenta!e de de elongación elongación 1.92 *oeficiente de -oisson (.1: "sfuerzo de fluencia ;<&.9$ 4L mm : ?esistencia a tracción ::&.;9 4L mm : "sfuerzo de fractura ;9$.1$ 4L mm :
-ropiedades mecánicas determinadas= • • • •
uctilidad 1.92 "s un material frágil ?esiliencia de %.$$ ML mm : 'enacidad de ;;.1 ML mm :
22
BIBLIOGRAFHA. Lir!s 5ntroducción a la metalurgia física. Avner, ydney 6. "ditorial cCraQ R 6ill egunda edición. ;99<. 5@4 R <$D) $%1$ R %; R ;
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anual A' volumen %:.%:a designacion @ ((9 tandard test methods of 'ension Througt an *ast Aluminnum) and agnesium) Alloy -roducts A' international
Si&i!s en lnea. http=LLes.slideshare.netLtango$9Lclasificacin)de)ensayos)para)materiales. https=LLiesvillalbahervastecnologia.files.Qordpress.comL:%%
23
GLOSARIO TCNICO. D)(&ilidad? es una propiedad que presentan algunos materiales como las aleaciones metál metálica icas s o mater material iales es asfal asfaltic ticos os,, los cuale cuales s ba!o ba!o la acció acción n de una una fuerz fuerza a pued pueden en deformarse sosteniblemente sin romperse.
Ele(&r!lisis? es un proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la electricidad. "n ella ocurre la captura de electrones por los cationes en el cátodo y la liberación de electrones por los aniones en el ánodo.
El!n3a(i/n? magnitud que mide el aumento de longitud que tiene un material cuando se le somete a un esfuerzo de tracción antes de producirse su rotura. esfuerzo interno o resultan resultante te de las tensione tensiones s perpend perpendicula iculares res a la Es')er! aial? esfuerzo secció sección n trans transver versal sal de un prisma prisma mecáni mecánico co.. "ste "ste tipo tipo de solici solicitac tación ión forma formado do por por tensiones paralelas está directamente asociado a la tensión normal.
E&ens/%e&r!? 5nstrumento de precisión que mide las deformaciones que se producen en las piezas sometidas a esfuerzos de tracción o de compresión, por diferencia de dilatación en ensayos de metales. ide la deformación longitudinal y el esfuerzo a que se someten determinadas piezas o estructuras.
M$0)ina )ni9ersal? máquina seme!ante a una prensa con la que es posible someter materiales a ensayos de tracción y compresión para medir sus propiedades.
N!r%a &<(ni(a? "s el documento establecido por consenso y aprobado por un organismo reco recono noci cido do,, que que sumi sumini nist stra ra,, para para uso uso com/ com/n n y repe repeti tido do,, regl reglas as,, dire direct ctri rice ces s y características para las actividades o sus resultados, encaminadas al logro del grado óptimo de orden en un conte+to dado.
Pr!e&a ! es"<(i%en? es una pieza con medidas normalizadas, sometida a diversos ensayos mecánicos para estudiar la resistencia de un material.
24
ANEOS. Ane! A. 4orma A' 3final de ane+os7. -ara tablas técnicas comparativas 3ver final de ane+os7.
Ane! B. Ane+o @;= fotografías fotografías de maquina maquina universal para en ensayos ensayos 'inus 'inus Hlsen modelo modelo super 0 ubicada en el laboratorio de ingeniería civil.
Ane+o @:= agu!as agu!as de indicador de carga, carga, señaladas señaladas con flechas de colores para para efecto de identificación.
2
Ane+o @&= @&= fotografía fotografía de selector selector de rango de carga
Ane+o @1= tablero de maquina universal y botón utilizado para hacer ascender ascender base inferior.
2,
Ane+o @(= fotografía de pernos de fi!ación de mordazas superior e inferior. inferior. "l de la parte superior tiene colocada la llave. ichos pernos abren y cierran las mordazas que fi!an la probeta.
Ane+o @$= fotografía fotografía de escala de indicador de carga. *ada división representa (%Igf, cada una de las divisiones medianas representa :(%Igf y cada división grande representa (%% Igf.
Ane+o @9= Apariencia final de probeta fracturada.
2
26
APNDICES A"
elongacion =
l f −l 0 l0
× 100
629 −601 601
× 100
elongacion = 4.66
2 de red)((i/n de $rea. A 0
=
283.00 mm
2
2
A f =158.37 mm
reduc reduccion cion der de rea ea =
reduc reduccion cion der de rea ea
A 0− A f
=
A0
× 100
283.00 −158.37 283.00
× 100
reduccio reduccion n de rea rea= 44.04
2<
