UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE MECÁNICA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES MATERIALES PARA LA INGENIERÍA
ENSAYO DE TRACCIÓN Y TRABAJO EN FRIO PRACTICA Nº2 Y N°3
Sección 04 Javier Hernández
Caracas, mayo de 2010
Resumen El ensayo de tracción y el ensayo de trabajo en frio, tienen la tarea de aportar datos sobre los valores de resistencia de un material, ante la acción de t ensiones axiales y determinar de qué manera afecta a un material la deformación ocasionada por esas tensiones en sus propiedades mecánicas, respectivamente. Dicho esto, tenemos que los objetivos de estos ensayos son: -
Determinar las propiedades mecánicas de un material
El estudio de la modificación de las propiedades de un metal cuando está sometido a una deformación.
La metodología utilizada para lograr dichos objetivos es utilizar una probeta normalizada, colocarla en una maquina universal de ensayos y someterla a tensiones axiales hasta fracturar la probeta, midiendo su longitud máxima, punto de fluencia, resistencia a la tracción, coeficiente de elasticidad y fuerza máxima, para el caso del ensayo de tracción. Para el ensayo de trabajo en frío, se procederá en un principio igual al ensayo de tracción, con la diferencia, de que al tener una deformación determinada se detendrá el ensayo, que en breve sería reiniciado hasta romper la probeta, midiendo y comparando las nuevas propiedades ganadas por la deformación aplicada a la probeta con las obtenidas en el ensayo de tracción. Los resultados serán obtenidos a partir de relaciones matemáticas y de gráficos realizados durante el ensayo, dichos gráficos será de Fuerza vs Alargamiento, el alargamiento, representará la elongación de la maquina y la muestra, por lo que se usará una relación matemática para deducir el alargamiento de la probeta. Conclusiones: -
El ensayo de tracción aporta una gran cantidad de información acerca de las propiedades mecánicas de un material
-
El trabajo en frio aporta resistencia mecánica a un material, lo cual lo hace un método con una buena relación costo-eficiencia -
De los datos de estos ensayos se puede obtener, mediante relaciones, la dureza del material
Formulario
Kmuestra
Calculo tipo
Elongación de la muestra
Calculo tipo
Esfuerzo nominal
Calculo tipo
Deformación nominal
Calculo tipo
Esfuerzo real
Calculo tipo
Deformación real
Calculo tipo
Porcentaje de Elongación
Calculo tipo
Porcentaje de reducción de área
Calculo tipo
Porcentaje de trabajo en frío
Calculo tipo
Resistencia a la fluencia
Calculo tipo
Resultados Ensayo de tracción Diámetro inicial = 11.97 mm Longitud inicial = 65.42 mm Fuerza máxima = 3.5 Mp Diámetro final = 7.98 mm Longitud final = 74.83 mm Tabla de datos
pto
Esfuerzo Nominal
Deformación Nominal
Esfuerzo Real
Deformación Real
0
0
0
0
0
1
45,4928067
0,00732938
45,82624078
0,007302651
2
90,98561341
0,014658761
92,31934973
0,014552359
3
136,4775493
0,020765273
139,3115429
0,020552614
4
181,970356
0,028094654
187,0827501
0,027707238
5
236,5618982
0,036645336
245,2307885
0,035989862
6
254,7584983
0,041533677
265,3395555
0,040694316
7
286,6032018
0,059871213
303,7624832
0,058147404
8
291,1525695
0,072099107
312,1444098
0,069618509
9
300,251305
0,084326218
325,5703621
0,080958797
10
304,8006728
0,10266845
336,0940854
0,097733106
11
300,251305
0,114897909
334,7495521
0,108762839
12
277,5053371
0,133244836
314,4814902
0,125085054
Graf. 1
Esfuerzo vs Deformacion (nominales)
350 300 250 200
Esfuerzo vs Deformacio n (nominales)
150 100 50 0 0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
Graf. 2
Esfuerzo vs Deformacion (real)
400 300 200
Esfuerzo vs Deformacio n (real)
100 0 0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
Graf. 3 Del grafico 3 y 4 se obtiene: -Coeficiente de proporcionalidad:
-Factor de endurecimiento: m = 0.2682
σ
y = 636,23x 0,2682
real
400 350 300 250 200
σ
real
Potencial ( σ real)
150 100 50 0 0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
Graf. 4 y = 0,2682x + 6,4556
Esc. Log - Log 5,85 5,8
Esc. Log Log
5,75 5,7
Lineal (Esc. Log - Log)
5,65 5,6 5,55 -3,5
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
Ensayo de trabajo en frío Diámetro inicial = 12.29 mm Longitud inicial = 50 mm Diámetro del trabajo en frio = 12.20 mm Longitud del trabajo en frio = 51.05 mm Fuerza máxima = 3.6 Mp Diámetro final = 7.88 mm Longitud final = 57.88 mm
Tabla de datos
pto
Esfuerzo Nominal
Deformación Nominal
Esfuerzo Real
Deformación Real
0
0
0
0
0
1
86,22841357
0,003114437
86,49696652
0,003109597
2
150,8999333
0,003883173
151,4859039
0,003875653
3
194,0145593
0,005440392
195,0700745
0,005425646
4
237,1283469
0,006214065
238,6018778
0,006194837
5
293,1767738
0,007768321
295,4542652
0,007738303
6
297,4883202
0,017169881
302,5961591
0,017024144
7
301,7998667
0,029705622
310,7650194
0,029272957
8
293,1767738
0,042244325
305,5618288
0,041376393
9
271,61988
0,057920172
287,3521503
0,056304879
10
254,3720176
0,073595033
273,0925346
0,071012861
11
228,505254
0,089271867
248,9043447
0,085509461
12
176,7683736
0,104954625
195,3210319
0,099804271
Graf. 5
Esfuerzo vs Deformacion (nominal) 350 300 250 200 Esfuerzo vs Deformacion (nominal)
150 100 50 0 0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
Graf. 6
Esfuerzo vs Deformacion (real) 350 300 250 200 Esfuerzo vs Deformacion (real)
150 100 50 0 0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
Graf. 7 Al igual que para el ensayo de tracción, de los gráficos 7 y 8 se obtiene: -Coeficiente de proporcionalidad:
-Factor de endurecimiento: m = 0.0374 y = 353,82x 0,0374
σ
real
312 310 308 306 304
real
302
Potencial (real)
300 298 296 294 0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
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Calculo de dureza Brinell
Situaciones particulares: - La gráfica obtenida en el ensayo de tracción tiene una brecha en la zona de comportamiento elástico, lo que pudiera dificultar un poco la lectura del mismo. - El soporte del marcador para la creación de la grafica presenta cierta dificultad para ser fijado.
Análisis de resultados Los resultados obtenidos, fueron los esperados según resultados obtenidos de forma teórica y de ensayos previos documentados. Se evidencio la relación entra la reducción de área y la proporción de elongación, demostrando que los materiales dejan de deformarse plásticamente en el punto en que ya su densidad no admite mas reducción, ocasionando así una fractura en la zona de estricción, es decir, donde se forma el cuello de botella. El trabajo en frio, demostró ser un eficiente método para aportar resistencia mecánica a una pieza. En los gráficos 1, 2, 5 y 6 se evidencia un incremento en la resistencia a la tracción por parte de una pieza de un mismo material, en condiciones similares, asegurando un gran nivel de precisión en los resultados. Gracias a este ensayo, también se pudo hacer aproximaciones para conocer el valor de la dureza del material, en este caso, se realizo una aproximación al valor de dureza Brinell del material, poniendo en evidencia la versatilidad del mismo.
Conclusión Las propiedades mecánicas de los materiales, en la actualidad, solo poseen una manera de determinarse, dicha manera es mediante ensayos y pruebas en condiciones particulares, para asegurar la replicación del experimento en otra ocasión y obtener resultados similares. Dichas condiciones partículas conducen a un comportamiento predictivo y ya conocido, de tal manera se pueden obtener datos sobre algunas propiedades de los materiales, dependiendo del ensayo realizado. El ensayo de tracción es uno de los ensayos más extendidos, ya que aporta gran cantidad de datos a un costo admisible. Algunas de las características que aporta son: -
Módulo de elasticidad
-
Coeficiente de Poisson
-
Punto de fluencia
-
Resistencia a la tracción
-
Porcentaje de Reducción de área
-
Porcentaje de Elongación
-
Resistencia a la fluencia
Aparte, del ensayo de tracción se deriva un método de endurecimiento, conocido como trabajo en frío. La importancia del trabajo en frio, es que da la opción de que con un mismo material se pueda tener una dureza mayor, sin necesidad de crear una aleación o adquirir
otro material más costoso, esto mientras se pierde ductilidad, pero esto puede ser visto como una limitación, dependiendo del trabajo que dicho material vaya a tener. El ensayo de tracción nos aporta información el efecto de la temperatura en el comportamiento del material a la hora de someterse a tensiones, además aporta las herramientas necesarias para diseñar con un factor de seguridad, elemental para la ingeniería, el cual nos asegura que un diseño realizado con el material ensayado, podrá soportar incluso una tensión superior a la establecida en los valores nominales, lo que aporta confianza al diseño. Los valores reales, nos aportan parámetros necesarios para la realización de rectificados de piezas que tengan el material ensayado.
Recomendaciones
-Reparar el soporte del marcador de la maquina universal de ensayos, debido a que ocasiona imprecisión en los gráficos.
Bibliografía www.wikipedia.com www.goodfellow.com www.substech.com www.emc.uji.es www.instron.com.ar www.zwick.es www.imeche.org
