UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACUL FACULT TAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
ENSAYO DE MATERIALES I
ESFUERZOS VERDADEROS INFORME #8
LOVA LOVATO TO VERDESOTO VERD ESOTO ANGELA ANG ELA JOHANA J OHANA OCAPANA OCAPANA PULLUTAXI PULLUTAXI JENNIFER VANESSA VILLA LEMA CRISTIAN DAVID
SEMESTRE: TERCERO PARALELO: TERCERO
FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: MIÉRCOLES 2 DE JULIO DEL 2!"
FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: MIÉRCOLES DE JULIO DEL 2!"
MIÉRCOLES DE !$H A !H
INTRODUCCIÓN ESTRUCTURA DEL ACERO Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución en el hierro. Antes del tratamiento térmico, la mayor parte de los los acer aceros os son son una una mezc mezcla la de tres tres sust sustanc ancia ias: s: ferr ferrit ita, a, perl perlit ita a y cementita.
CARACTERÍSTICAS DE LOS ACEROS Tenemos Tenemos tres aceros aceros a elegir: •
El acer acero o al carb carbon ono o ue ue se empl emplea ear! r! cuan cuando do trab traba" a"em emos os a temperaturas superiores de #$%&',
•
El acero ino(idable cuando traba"emos a temperaturas entre #$%&' y #)*&'
•
El acero con una aleación de +,* de níuel ue se emplear! a temperaturas inferiores a #)*&'.
PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO • • • •
-esistencia al desgaste Tenacidad Tenacidad auinabilidad /ureza
COMPORTAMIENTO MECÁNICO DEL ACERO L%&%'( )( *+(,-%./0 de alrededor de $)00 1g2cm $, R(1%1 (1%1''(,-% (,-%. . . . 34'+3 '+3. 543 '3.3.--%6, -%6,/0 /0 del orden de )0001g2cm $, con un porcenta"e de 0,$* de carbono. LEY DE HOO7E 3rela relaci cion ona a line lineal alme ment nte e tensi tension ones es con con las las deformaciones a tra4és del modulo de elasticidad E, constante para cada material ue en el caso de los aceros y fundiciones 4ale apro(imadamente $.500.000 1g2cm $.
ESFUERZOS VERDADEROS $
Los esfuerzos de tracción, compresión y corte act6an en forma aislada o combinada7 sin embargo, en este estudio también se los conoce como esfuerzos principales o reacciones críticas de esfuerzos internos ue podrían superar los m!(imos esfuerzos permisibles de los materiales y por lo tanto causar el colapso del elemento o de la estructura. El (1+(394 (3).)(34 se obtiene di4idiendo la carga a(ial 8 para el !rea seccional instant!nea real. 9in embargo, el esfuerzo 4erdadero es solamente el esfuerzo promedio sobre el !rea, porue los esfuerzos reales 4arían trans4ersalmente en la sección. La 3deformación natural, también llamada 3deformación 4erdadera, es el cambio en el tramo calibrado con respecto al tramo calibrado instant!neo a lo largo del cual el cambio ocurre. En el caso de los materiales d6ctiles, por la enorme deformación longitudinal ue se produce, los cambios en la sección trans4ersal también son muy grandes y, especialmente para los procesos de estirado en frío, resulta con4eniente considerar esos cambios y calcular 4alores 4erdaderos de esfuerzos y deformaciones. 'uando un material d6ctil es cargado mas all! de la resistencia a la cadencia por todo el rango pl!stico, las dimensiones cambian perceptiblemente. Así en los estudios sobre el comportamiento de materiales sometidos a grandes deformaciones, tales como los metales, en el rango pl!stico se ha descubierto ue es deseable calcular el esfuerzo ba"o una carga dada con las dimensiones instant!neas.
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O;JETIVO GENERAL: +
'onocer como reacciona la 4arilla ensayada sometida a diferentes cargas de tracción. /eterminar los esfuerzos 4erdaderos de una 4arilla de acero sometida a tracción. /eterminar los esfuerzos nominales de una 4arilla de acero sometida a tracción. 'omparar los esfuerzos nominales y 4erdaderos 'onocer el tipo de falla de la 4arilla.
O;JETIVO ESPECÍFICO: /eterminar los esfuerzos nominales, trans4ersales, longitudinales, y los diagramas respecti4os. Establecer las elongaciones 4erdaderas ue ha sufrido la 4arilla hasta su punto de ruptura. Establecer la Ley de Hoo;e Establecer las elongaciones 4erdaderas ue ha sufrido la 4arilla hasta su punto de ruptura. Analizar y establecer conclusiones y diferencias de los resultados obtenidos.
E?UIPO: auina Mni4ersal de +0 Ton 'alibrador
[ A =± 25 Kg ]
[ A =± 0.05 mm ]
Tornillo icrométrico /igital /eformímetro Lineal 'ompas de porcenta"e
[ A =± 0.01 mm ]
[ A =± 0.01 mm ]
[ A =± 1 ]
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auina Mni4ersal de +0 Ton
/eformímetro Lineal
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'alibrador [ A =± 0.05 mm ]
Tornillo icrométrico /igital
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MATERIALES: Iarilla de acero:
D%&(,1%4,(1: Longitud RLS = *0 mm /i!metro R/oS= 50,00 mm
E1@+(&.: /o=50.00 mm
PROCEDIMIENTO: !/ edimos las respecti4as dimensiones de la 4arilla con el calibrador Rlongitud, di!metroS.
2/ 'olocamos la 4arilla en la auina Mni4ersal de +0 Ton
[ A =± 25 Kg ] , su"et!ndola bien tanto en la parte superior como en la parte inferior.
/ 8onemos el /eformímetro
Lineal
[ A =± 0.0001 pulg= 1∗10
−4
pulg ] ,
"unto a la 4arilla.
"/ Luego se proseguir! a seguir teniendo las respeti4as cargas, di!metro instant!neo y deformaciones en forma ascendente.
B/ El ayudante de catedra y dos estudiantes ir!n obser4ando en el /eformímetro Lineal
[ A =± 0.0001 pulg= 1∗10
−4
pu lg ] , las diferentes
cargas, di!metro instant!neo y deformaciones e ira dictando una a una respecti4amente. G
$/ 'uando llegamos a la m!(ima carga, zona de rotura la 4arilla tiende a fallar y se rompe en dos pedazos. -etirar la 4arilla de la auina Mni4ersal de +0 Ton
[ A =± 25 Kg ]
/ Luego obser4amos ue tipo de falla tiene. 8/ -egistramos los datos en la tabla.
F
TA;LAS Y DATOS: TA;LA: E1+(3941 N4&%,.0D(43&.-%6, U,%'.3%. E1+(394 T3.,1(31.0D(43&.-%6, E1+(394 L4,=%'+)%,.0D(43&.-%6, LM =*0mm
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DEFORM ACIÓN
DIAMET RO INSTANT ÁNEO
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ESFUERZO NOMINAL ESFUER DEF/ ZO UNITARI A PA
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ESFUERZO TRANSVERSAL ESF/ DEF/ VERDAD ESPEC/ ERO VERDADE RA S'PA% ,KA4A%
ESFUERZO LONGITUDINAL ESF/ DEF/ VERDAD ESPEC/ ERO VERDADER A SK! ,K!
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CÁLCULOS TÍPICOS: D.'41: /i!metro R/oS= 50,5+ pulg Longitud RLS = *0 mm
C.3=. KN P $00 [ Kg ] UB.% [ N ] P 5BG0 [ N ] ♣
Á3(. %,1'.,',(.
[ mm ] 2
π 2 Ai = Di 4
π 2 Ai = 10,00 4
2
Ai =78,54 [ mm
Á3(. K A =
π 4
]
2
mm ¿
Do
2
π 2 A = 10,00 4
A =78,54 [ mm
2
]
ESFUERZOS NOMINALES E1+(394 [ MPa ] σ =
P Ao σ =
1960 [ N ] 2
78,54 mm
σ =24,96 [ MPa ]
♣
D(43&.-%6, U,%'.3%. [ mm / mm ] △
ε= Lo −2
1∗10 ε= 50 ε =0,02∗10
−4
[ mm / mm ]
ESFUERZOS TRANSVERSALES E1+(394 [ MPa ] Sl =
P Ai
Sl =
1960 78,54
Sl =24,96 [ MPa ]
♣
D(43&.-%6, T3.,1(31. [ mm / mm ] δt = ln ( Ao / Ai ) δt = ln ( 78,54 / 78,54 )
δt = 0,00∗10
[ mm / mm ]
−2
ESFUERZOS LONGITUDINALES E1+(394 [ MPa ] Sl =
P Ai
Sl =
1960 78,54
Sl =24,96 [ MPa ]
D(43&.-%6, L4,=%'+)%,. [ mm / mm ] : Q' , ( 1 + ε ) −4 Q' ln ( 1 +0,51∗10 )
Q' /"!
−4
¿ 10
[ mm / mm ]
M)+4 )( (.1'%-%).): T= Tg X= YZ2Y[ Tg X= R)B,B5#$),BGS 2 R0,0)#0,0$SU50 #) Tg X R$),B*20,0$SU50#)
E T= !2"B 8a CONCLUSIONES: LOVATO VERDESOTO ANGELA JOHANA La falla ue se produ"o en la 4arilla es de cono y cr!ter, esto uiere decir ue es un material d6ctil. Los respecti4os diagramas son casi iguales o apro(imados hasta el límite de \uencia desde allí tienden a separarse las cur4as.
OCAPANA PULLUTAXI JENNIFER VANESSA 9eg6n 4a aumentando la carga y la deformación la 4arilla tiende a ir teniendo un di!metro m!s peue]o hasta ue se produce la rotura cuando llega a su carga m!(ima. Al ser aplicada la carga, la 4arilla comienza a deformarse trans4ersalmente, pro4ocando la rotura dentro de la Longitud de edida
RECOMENDACIONES:
LOVATO VERDESOTO ANGELA JOHANA Jo ol4idarse de medir las respecti4as dimensiones de cada material. Estar en forma ordenada y en silencio para poder escuchar las respecti4as cargas, di!metros y deformaciones ue se 4an produciendo durante el ensayo.
OCAPANA PULLUTAXI JENNIFER VANESSA Tener mucho cuidado en el momento del ensayo porue hay algunos materiales ue puedan reaccionar en forma brusca. 'olocarse en un lugar adecuado para tener me"or 4isibilidad y poder tomar las fotografías.
;I;LIOGRAFIA: 8r!cticas de Laboratorio sobre -esistencias de ateriales de AKAJA9EI, A.7 A-EJ, I.A T-^@ELL, /AI9, 91^'L7 Ensayo e inspección de los materiales de ngeniería http:22. es.Oi;ipedia.org2Oi;i2Ensayo?de?tracci'+>+n
ANEXOS:
ANTES DEL ENSAYO
DESPUÉS DEL ENSAYO: F.. D( G3.,4 G3+(14 M()%4 C4,4 C3'(3 DEDUCCIÓN DE FÓRMULAS: !/ MEDIDAS TRANSVERSALES: S t =
P Ai
En el esfuerzo trans4ersal 9t se aplica para el !rea instant!nea P P σ = → St = A Ai
S t =
P Ai
δt = ln
( ) Ao Ai
δt = δl
δt = 2 ln
δt = ln
( )
δt = ln
( )
Ao A
π ¿ Do
Do D
2
4
π ¿ D 4
δt = ln
( )
( ) Do D
2
δt = δl δt = ln ( 1+ ε )
2
( )
δt = ln 1 +
Ao A
2/ MEDIDAS LONGITUDINALES: S l= σ ( 1 + ε ) Ao∗ Lo = A∗ L Ao L = A Lo
ln
( ) ( )
Ao L L → δ L= = ln A Lo Lo
( )
( 1 + ε ) =¿ ln Ao A
ln
A =
( )
L = ln ¿ Lo
Ao Ao ; ( 1+ ε )= A 1 +ε
P Ao S l= 1 +ε
S=
P ( 1 + ε ) Ao
S l= σ ( 1 + ε )
δ l=ln ( 1 + ε )
L
δ l=∫ Lo
dl =ln L − ln Lo l
δ l=δ l=
δ l=ln
ln L
Lo
Lo + ∆ l Lo
δ l=ln ( 1 + ε )
FRACTURAS: F3.-'+3. -45. -4,4 F3.-'+3. 5.,./ 'omo resultado de la tria(ialidad de tensiones producida por la estricción, se alcanza una situación en la ue las peue]as inclusiones no met!licas ue contiene el material en la zona estringida o bien se fracturan o bien se de cohesionan de la matriz met!lica produciendo micro huecos ue crecen gradualmente al ir progresando la deformación pl!stica, hasta coalescer. /e este modo se genera una _sura interna plana en forma de disco orientada normalmente a la dirección del esfuerzo aplicado. Kinalmente, la rotura se completa por corte a lo largo de una super_cie cónica orientada a unos )*& del e"e de tracción, dando origen a la cl!sica fractura copa y cono ue se ilustra en la F%=/ K.. La producción de la rotura a lo largo de la super_cie cónica tiene su origen en el hecho ue a medida ue el 4értice de la _sura plana en forma de disco se acerca a la super_cie de la barra, se pierde tria(ialidad de super_cie libre es nula. 8or lo tanto, la constricción pl!stica disminuye y consecuentemente las tensiones de corte a )*& del e"e se tornan preponderantes, lo ue conduce a la rotura pl!stica a lo largo de tales planos. 9i el material es fr!gil, o mediante una entalla super_cial se induce un estado de tria(ialidad super_cial, tiende a suprimirse la zona cónica y se obtiene entonces una fractura plana como puede 4erse en la F%=/ K<. tensiones porue la tensión normal a la
FRACTURA DWCTIL Esta fractura ocurre ba"o una intensa deformación pl!stica.
Kractura d6ctil La fractura d6ctil comienza con la formación de un cuello y la formación de ca4idades dentro de la zona de estrangulamiento. Luego las ca4idades se fusionan en una grieta en el centro de la muestra y se propaga hacia la super_cie en dirección perpendicular a la tensión aplicada. 'uando se acerca a la super_cie, la grieta cambia su dirección a )*` con respecto al e"e de tensión y resulta una fractura de cono y embudo.
CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS Y TECNOLÓGICAS DEL ACERO
Aunue es difícil establecer las propiedades físicas y mec!nicas del acero debido a ue estas 4arían con los a"ustes en su composición y los di4ersos tratamientos térmicos, uímicos o mec!nicos, con los ue pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para in_nidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas: 9u densidad media es de F%*0 ;g2m. • • En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir. El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los • porcenta"es de elementos aleantes. El de su componente principal,
• •
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• •
el hierro es de alrededor de 5.*50 `' en estado puro Rsin alearS, sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 5.+F* `', y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida ue se aumenta el porcenta"e de carbono y de otros aleantes. Re(cepto las aleaciones eutécticas ue funden de golpeS. 8or otra parte el acero r!pido funde a 5.G*0 `'.5* 9u punto de ebullición es de alrededor de +.000 `'.5G Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas. -elati4amente d6ctil. 'on él se obtienen hilos delgados llamados alambres. Es maleable. 9e pueden obtener l!minas delgadas llamadas ho"alata. La ho"alata es una l!mina de acero, de entre 0,* y 0,5$ mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por esta]o. 8ermite una buena mecanización en m!uinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico. Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite el!stico. La dureza de los aceros 4aría entre la del hierro y la ue se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o uímicos entre los cuales uiz! el m!s conocido sea eltemplado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, ue permite, cuando es super_cial, conser4ar un n6cleo tenaz en la pieza ue e4ite fracturas fr!giles. Aceros típicos con un alto grado de dureza super_cial son los ue se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros r!pidos ue contienen cantidades signi_cati4as de cromo, Oolframio,molibdeno y 4anadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son >rinell, Iic;ers y -oc;Oell, entre otros. 9e puede soldar con facilidad. La corrosión es la mayor des4enta"a de los aceros ya ue el hierro se o(ida con suma facilidad incrementando su 4olumen y pro4ocando grietas super_ciales ue posibilitan el progreso de la o(idación hasta ue se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han 4enido protegiendo mediante tratamientos super_ciales di4ersos. 9i bien e(isten aleaciones con resistencia a la corrosión me"orada como los aceros de construcción corten aptos para intemperie Ren ciertos ambientesS o los aceros ino(idables.
•
8osee una alta conducti4idad eléctrica. Aunue depende de su composición es apro(imadamente de5F + 50G 92m. En las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste 6ltimo la resistencia mec!nica necesaria para incrementar los 4anos entre la torres y optimizar el coste de la instalación.
