UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERIA CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICA CARRERA DE INGENIERIA CIVIL
TEMA:
ENSAYO DE TRACCION EN METALES NO ACERADOS
ENSAYO N°5
NOMBRE:
ALEXIS JAVIER LEON TAPIA PARALELO:
SEGUNDO FECHA DE REALIZACION:
2015/11/28 FECHA DE ENTREGA:
2015/18/04 DIA Y HORA:
JUEVES/09:00
INTRODUCCION:
METALES NO FERROSOS Los metales no ferrosos son aquellos en cuya composición no se encuentra el hierro. Los más importantes son siete: cobre, zinc, plomo, estaño, aluminio, níquel y magnesio. Hay otros elementos que con frecuencia se fusionan con ellos para preparar aleaciones de importancia comercial. También hay alrededor de 15 metales menos importantes que tienen usos específicos en la industria. Los metales no ferrosos se clasifican en tres grupos: Pesados: son aquellos cuya densidad es igual o mayor de 5 kg/dm³. Ligeros: su densidad está comprendida entre 2 y 5 kg/dm³. Ultraligeros: su densidad es menor de 2 kg/dm³ Materiales no ferrosos pesados COBRE Características: se encuentra en el cobre nativo, la calcopirita, la calcosina, la malaquita y la cuprita; su densidad es de 8,9 kg/dm, su punto de fusión es de 1083 ºC, su resistencia de tracción es de 18 kg/mm²; es dúctil, manejable y posee una alta conductividad eléctrica y térmica. BRONCE Es toda aleación metálica de cobre y estaño, además de otros metales, exceptuando el zinc, que da lugar al latón, en la que el primero constituye su base y el segundo aparece en una proporción del 3 al 20 % Por su elevado calor específico, el mayor de todos los sólidos, se emplea en aplicaciones de transferencia del calor. Aplicaciones: Campanas, engranes, cables eléctricos, motores eléctricos. Metales no ferrosos ligeros ALUMINIO Densidad es de 2,7 kg/dm³ -Punto de fusión es de 660 ºC -Muy ligero e inoxidable -Buen conductor de electricidad y del calor. Aleaciones y aplicaciones: Al +Mg: se emplea en la aeronáutica y automoción.
OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES:
Determinar las principales propiedades físicas y mecánicas en metales no ferrosos cuando estos son sometidos a esfuerzos de tracción.
Interpretar los datos obtenidos mediante el análisis de diagrama esfuerzo unitario vs deformación especifica.
Comparar las características del comportamiento entre las probetas ensayadas y sus diferencias en función de los resultados obtenidos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Hallar su porcentaje de ductilidad, esfuerzo nominal y deformación especifica lineal así como encontrar el módulo de elasticidad.
Identificar las zonas del diagrama debido al comportamiento del material, así como sus límites correspondientes.
Investigar sobre las fallas de cada material de acuerdo a lo observado en practica
MATERIALES Y EQUIPOS MATERIALES:
Barra de Aluminio
Barra de Bronce
Barra de Cobre
EQUIPOS:
Máquina Universal 30 Ton. Apreciación: ±1 Kg
Calibrador Apreciación: ± 0.05mm
Deformimetro Lineal Apreciación: ± ∙ −
PROCEDIMIENTO: Procedemos a tomar medidas del diámetro y de las longitudes de medida de cada varilla. Comenzamos a realizar el ensayo de tracción, para esto colocamos la muestra en la Maquina Universal, aplicamos la carga y leemos la deformaciones, seguimos aplicando carga consecutivamente hasta que la muestra falle. De igual manera procedemos con todas las varillas Luego tomamos las medidas de los diámetros y longitudes finales de las muestras ensayadas. Con los datos obtenidos de carga y deformación, procedemos a realizar las respectivas tablas de datos.
TABLA DE DATOS MATERIAL ALUMINIO DEFORMACION AREA ESFUERZO A
CARGA
∆
DEFORMACION ESP.
N 1
P Kg 0
P N 0
0
mm*mm 38,48
2
200
1962
7
3
400
3924
4
600
5
−2
1 ∙ 10
Mpa
mm/mm 0
0
38,48
50,987526
0,000275591
25
38,48
101,975052
0,000984252
5886
39
38,48
152,962578
0,001535433
730
7161,3
150
38,48
186,10447
0,005905512
6
710
6965,1
200
38,48
181,005717
0,007874016
7
760
7455,6
250
38,48
193,752599
0,00984252
8
760
7455,6
300
38,48
193,752599
0,011811024
9
770
7553,7
350
38,48
196,301975
0,013779528
10
770
7553,7
400
38,48
196,301975
0,015748031
11
770
7553,7
450
38,48
196,301975
0,017716535
12
790
7749,9
500
38,48
201,400728
0,019685039
13
790
7749,9
550
38,48
201,400728
0,021653543
14
790
7749,9
600
38,48
201,400728
0,023622047
15
800
7848
650
38,48
203,950104
0,025590551
16
810
7946,1
700
38,48
206,49948
0,027559055
17
820
8044,2
850
38,48
209,048857
0,033464567
18
820
8044,2
900
38,48
209,048857
0,035433071
19
820
8044,2
950
38,48
209,048857
0,037401575
20
820
8044,2
1000
38,48
209,048857
0,039370079
21
820
8044,2
1050
38,48
209,048857
0,041338583
22
820
8044,2
1100
38,48
209,048857
0,043307087
23
830
8142,3
1150
38,48
211,598233
0,045275591
24
830
8142,3
1200
38,48
211,598233
0,047244094
25
840
8240,4
1300
38,48
214,147609
0,051181102
26
840
8240,4
1350
38,48
214,147609
0,053149606
27
840
8240,4
1400
38,48
214,147609
0,05511811
28
840
8240,4
1450
38,48
214,147609
0,057086614
29
840
8240,4
1500
38,48
214,147609
0,059055118
30
840
8240,4
1550
38,48
214,147609
0,061023622
31
850
8338,5
1600
38,48
216,696985
0,062992126
32
850
8338,5
1650
38,48
216,696985
0,06496063
33
850
8338,5
1700
38,48
216,696985
0,066929134
34
850
8338,5
1750
38,48
216,696985
0,068897638
35
850
8338,5
1800
38,48
216,696985
0,070866142
36
850
8338,5
1850
38,48
216,696985
0,072834646
37
850
8338,5
1900
38,48
216,696985
0,07480315
38
850
8338,5
1950
38,48
216,696985
0,076771654
39
850
8338,5
2000
38,48
216,696985
0,078740157
40
850
8338,5
2050
38,48
216,696985
0,080708661
41
490
4806,9
2730
38,48
124,919439
0,107480315
TABLA DE DATOS MATERIAL BRONCE CARGA P
DEFORMACION
AREA
∆
DEFORMACION ESP.
P N
ESFUERZO
A
Kg
N
−2
1 ∙ 10
mm*mm
Mpa
mm/mm
1
0
0
0
28,27
0
0
2
200
1962
5
28,27
69,4021931
0,00019685
3
400
3924
21
28,27
138,804386
0,000826772
4
600
5886
35
28,27
208,206579
0,001377953
5
800
7848
52
28,27
277,608773
0,002047244
6 1000
9810
71
28,27
347,010966
0,002795276
7 1130
11085,3
150
28,27
392,122391
0,005905512
8 1160
11379,6
200
28,27
402,53272
0,007874016
9 1200
11772
250
28,27
416,413159
0,00984252
10 1240
12164,4
300
28,27
430,293597
0,011811024
11 1260
12360,6
350
28,27
437,233817
0,013779528
12 1280
12556,8
400
28,27
444,174036
0,015748031
13 1300
12753
450
28,27
451,114255
0,017716535
14 1310
12851,1
500
28,27
454,584365
0,019685039
15 1310
12851,1
550
28,27
454,584365
0,021653543
16 1320
12949,2
600
28,27
458,054475
0,023622047
17 1330
13047,3
650
28,27
461,524584
0,025590551
18 1340
13145,4
700
28,27
464,994694
0,027559055
19 1350
13243,5
750
28,27
468,464804
0,029527559
20 1350
13243,5
800
28,27
468,464804
0,031496063
21 1350
13243,5
850
28,27
468,464804
0,033464567
22 1370
13439,7
900
28,27
475,405023
0,035433071
23 1370
13439,7
950
28,27
475,405023
0,037401575
24 1380
13537,8
1000
28,27
478,875133
0,039370079
25 1380
13537,8
1050
28,27
478,875133
0,041338583
26 1390
13635,9
1100
28,27
482,345242
0,043307087
27 1400
13734
1150
28,27
485,815352
0,045275591
28 1400
13734
1200
28,27
485,815352
0,047244094
29 1400
13734
1250
28,27
485,815352
0,049212598
30 1400
13734
1300
28,27
485,815352
0,051181102
31 1410
13832,1
1350
28,27
489,285462
0,053149606
32 1420
13930,2
1400
28,27
492,755571
0,05511811
33 1420
13930,2
1450
28,27
492,755571
0,057086614
TABLA DE DATOS MATERIAL COBRE CARGA
DEFORMACION
AREA
∆
N
P
P
Kg
N
ESFUERZO
DEFORMACION ESP.
A −2
1 ∙ 10
mm*mm
Mpa
mm/mm
1
0
0
0
28,27
0
0
2
100
981
5
28,27
34,7010966
0,00019685
3
200
1962
11
28,27
69,4021931
0,000433071
4
400
3924
23
28,27
138,804386
0,000905512
5
600
5886
36
28,27
208,206579
0,001417323
6
800
7848
52
28,27
277,608773
0,002047244
7 1000
9810
74
28,27
347,010966
0,002913386
8 1160
11379,6
150
28,27
402,53272
0,005905512
9 1170
11477,7
200
28,27
406,00283
0,007874016
10 1030
10104,3
200
28,27
357,421295
0,007874016
(Aluminio) Diagrama Esfuerzo Unitario vs Deformacion Especifica 250
Esfuerzo maximo
200
Limite de fluencia
150
o i r a t i n U o z r e u d s E
Limite de elasticidad
100
Zona de endurecimiento
y = 102663x
Esfuerzo de ruptura
Zona de fluencia Zona de ahorcamiento
50
Zona de elasticidad 0 0
0.02
0.04
0.06
Deformacion especifica
0.08
0.1
0.12
(Bronce) Diagrama Esfuerzo Unitario vs Deformacion Especifica 600
500
400
Esfuerzo de ruptura Limite de fluencia
e l t i T 300 s i x A
Limite de elasticidad
y = 133575x
Zona de endurecimiento 200
Zona de fluencia
100
Zona de elasticidad
0 0
0.01
0.02
0.03
Axis Title
0.04
0.05
0.06
(Cobre) Diagrama Esfuerzo Unitario vs Deformacion Especifica 450
400
Limite de fluencia 350
Esfuerzo Maximo 300 o i r a 250 t i n U o z r
Esfuerzo de ruptura y = 141591x
Limite de elasticidad
e u 200 f s E
150
Zona de endurecimiento 100
Zona de fluencia
50
Zona de elasticidad
0 0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
Deformacion Especifica
0.006
0.007
0.008
0.009
CALCULOS TIPICOS: Para barra de Aluminio Área de aplicación A = π r A = π ∙ (3,5) A = 38,48mm
Esfuerzo máximo σx = σx = σx
Px A 850 ∙ 9,81 N
38,48 mm = 216.69 Mpa
Esfuerzo de ruptura σ= σ=
P A 490 ∙ 9,81 N
38,48 mm σ = 124.91 Mpa
Ductilidad ε= ε=
∆l L
∙ 100
27,3mm
∙ 100 254mm ε = 10.74 % > 5%
Estricción e= e=
Ao − Af
∙ 100 Ao 38,48 − 16,62
38,48 e = 56,81%
∙ 100
Módulo de elasticidad E=
∆
∆ 152,96 Mpa E= mm 0,00153 mm E = 99973,85 Mpa
Para barra de Bronce Área de aplicación A = π r A = π ∙ ( 3 ) A = 28,27mm
Esfuerzo máximo σx = σx =
Px A 1420 ∙ 9,81 N
28,27 mm = 492,75 Mpa
σx
σ= σ=
P A 1420 ∙ 9,81 N
28,27 mm σ = 492,75 Mpa
Ductilidad ε= ε=
∆l L
∙ 100
14,5mm
∙ 100 254mm ε = 5,71 % > 5%
Estricción e= e=
Ao − Af
∙ 100 Ao 28,27 − 16,62
28,27 e = 41,21%
∙ 100
Módulo de elasticidad E=
∆
∆ 347,01 Mpa E= mm 0,002795 mm E = 124153,84 Mpa
Para barra de Cobre Área de aplicación A = π r A = π ∙ ( 3 ) A = 28,27mm
Esfuerzo máximo σx = σx =
Px A 1170 ∙ 9,81 N
28,27 mm = 406 Mpa
σx
Esfuerzo de ruptura σ= σ=
P A 1030 ∙ 9,81 N
28,27 mm σ = 357,42 Mpa
Ductilidad ε= ε=
∆l L
∙ 100
2mm
∙ 100 254mm ε = 0,787 % > 5%
Estricción e= e=
Ao − Af
∙ 100 Ao 28,27 − 5,31
28,27 e = 81,21%
∙ 100
Módulo de elasticidad E=
∆
∆ 208,21 Mpa E= mm 0,00141 mm E = 124153,84 Mpa
CONCLUSIONES:
CONCLUSIONES GENERALES:
El esfuerzo máximo del cobre 406 MPa y el bronce 492.75 MPa estos materiales pertenecen al grupo de no ferrosos pesados y su esfuerzo es notable, siendo el doble que del aluminio 216.69 MPa que es un material no ferroso ligero.
Del aluminio se obtuvo que tiene ductilidad de 10.74% y el bronce 5.71%, perteneciendo a los materiales cuya característica es de deformarse considerablemente antes de llegar a la falla diferente al cobre que solo tuvo 0.787 % siendo un material frágil pero de alta resistencia.
Para todos estos materiales se obtuvo su límite de fluencia mediante el método de corrimiento 0.2% ya que no cumplen con la Ley de Hooke.
El porcentaje de estricción en cada material es muy notable el aluminio con 56.81% para el bronce fue el 41.21% y el cobre 81.21% siendo el material donde más disminuyo el área transversal por efecto de las cargas sometidas y no poseer ductilidad. La barra de cobre también regreso a su posición original, es decir su longitud de medida y longitud f inal fueron las misas y por ende no hubo elongación en dicho material
CONCLUSIONES ESPECÍFICAS:
En el caso del aluminio y el bronce la fractura dúctil comienza con la formación de un cuello y la formación de cavidades dentro de la zona de ahorcamiento. Luego las cavidades se fusionan en una grieta en el centro de la muestra y se propaga hacia la superficie en dirección perpendicular a la tensión aplicada. Cuando se acerca a la superficie, la grieta cambia su dirección a 45° con respecto al eje de tensión y resulta una fractura de cono y embudo.
Para el cobre la fractura frágil tiene lugar sin una apreciable deformación y debido a una rápida propagación de una grieta. Normalmente ocurre a lo largo de planos cristalográficos específicos denominados planos de fractura que son perpendiculares a la tensión aplicada.
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
BIBLIOGRAFIA:
http://www.monografias.com/trabajos46/fracturas-mecanicas/fracturas mecanicas2.shtml http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm02/fcm2_2.html
ANEXOS:
Falla de la probeta de aluminio
Falla de la probeta de bronce
Falla de la probeta de cobre
Probetas antes de ser ensayadas
