TALLER N° 06 “ENSAYOS MECÁNICOS”
CARRERA
: Tecnología Mecánica Eléctrica
CICLO
:I
SECCIÓN
: “B”
DOCENTE
: Alberth Rodríguez
CURSO
: Tecnología de los Materiales
ALUMNO
: Parodi Prada Gustavo Pérez Alverca Franklin Riveros Gerónimo Deiner Yobit Santiago Salirrosas Jhorvin Turpo Castillo Elmer
FECHA DE ENTREGA: 26 de Diciembre del 2016
2016 II
“ENSAYOS MECÁNICOS”
Figura 1. Máquina de tracción.
INDICE: I.
INTRODUCCIÓN………………………………….…4
II.
OBJETIVOS…………………………………………..5
~2~
2.1
Objetivo genera………….……………………5
2.2 Objetivos específicos………………………..5 III. FUNDAMENTO TEÓRICO………………………….5 3.1 ENSAYO DE TRACCIÓN…………………………………..5 3.2 PROBETA…………………………………………………….6 3.3 ESFUERZO DE TRACCIÓN CONVENCIONAL (σC) ……6 3.4 DEFORMACIÓN CONVENCIONAL (ƐC)………………… 7 3.5
ESTRICCIÓN (φ)……………………………………………8
IV.
MATERIALES…………………………………………8
V.
PROCEDIMIENTO………………………………..…9
VI.
ANÁLISIS DE RESULTADO………………………10
VII.
CONCLUSIONES……………………………………12
VIII.
CUESTIONARIO……………………………………12
IX.
RECOMENDACIONES……………………………..1 3
X.
BIBLIOGRAFÍA…………………………………….13
~3~
I.
INTRODUCCIÓN
En el presente informe daremos a conocer las actividades realizadas en el taller de Tecnología de los Materiales, que se llevó a cabo en TECSUPNORTE, el día lunes 12 de diciembre del año en curso. En las cuales se realizaron actividades que nos ayudaron a enriquecer nuestros conocimientos como son: analizar el comportamiento de los materiales metálicos al ser sometidos a un esfuerzo de tensión uniaxial, el cual tiene como fin; conocer la relación entre esfuerzo y deformación y llegar a comparar con cada uno de los materiales, encontrando algunas diferencias entre ellas en todos sus aspectos. Los ensayos de materiales se emplean para aplicaciones de prueba y mejora de materiales, para la detección y evaluación de defectos en la industria, para análisis de fallas y para la investigación básica de la resistencia de materiales. Generalmente, estas pruebas son realizadas para verificar las propiedades de los materiales, tales como la resistencia a la tracción, compresión, flexión, características de envejecimiento o composición química. En este taller nos familiarizaremos con diferentes herramientas de trabajo, tales como: los materiales metálicos (aluminio, acero, cobre y latón), la máquina de ensayo de tracción, una laptop con el respectivo programa (Zwick / Roell). Para el desarrollo de estas actividades, se puso en práctica el trabajo en equipo y el apoyo mutuo entre la clase. Con el presente informe esperamos contribuir con sus conocimientos, en el campo de Tecnología de los Materiales, en esta oportunidad se llevará a cabo algunos temas esenciales y a le vez realizar experimentos con los materiales. A continuación daremos a conocer nuestros objetivos, detallar cada uno de los procedimientos realizados, como también mostrando nuestros resultados y error en cada caso; donde pedimos las disculpas necesarias por cada una de ellas.
~4~
Figura 2. Máquina de ensayo de tracción.
II.
OBJETIVOS:
2.1
Objetivo general:
Analizar el comportamiento de los materiales metálicos al ser sometidos a un esfuerzo de tensión uniaxial.
2.2
Objetivos específicos:
Interpretar la gráfica Esfuerzo vs. Deformación para el ensayo de tracción.
III.
FUNDAMENTO TEÓRICO:
Los ensayos de materiales se emplean para aplicaciones de prueba y mejora de materiales, para la detección y evaluación de defectos en la industria, para análisis de fallas y para la investigación básica de la resistencia de materiales. Generalmente, estas pruebas son realizadas para verificar las propiedades de los materiales, tales como la resistencia a la tracción, compresión, flexión, características de envejecimiento o composición química. 3.1
ENSAYO DE TRACCIÓN:
Es un ensayo mecánico realizado sobre una probeta normalizada de un material de terminado que consiste en someterla a esfuerzos de tracción progresivamente crecientes hasta llegar a la rotura de la probeta para observar su comportamiento. (Ensayo destructivo).
~5~
Figura 3. Máquina de ensayo de tracción.
3.2
PROBETA:
Dimensiones y forma según norma: Sus extremos son de mayor sección, para facilitar la fijación de la probeta a la máquina de tracción. Garantizar la rotura dentro de las marcas (L0).
Figura 4. Probeta al inicio del ensayo.
FUERZA DE TRACCIÓN (F): Dimensiones de probeta según la norma ASTM E8M.
~6~
Figura 5. Fuerza que soporta un material mientras es estirado.
3.3
ESFUERZO DE TRACCIÓN CONVENCIONAL (σC):
Donde:
�� =
F: Fuerza, (Newton)
� �
A: Área, (mm2)
3.4
DEFORMACIÓN CONVENCIONAL (ƐC):
Alargamiento unitario o deformación unitaria que experimenta el material (probeta) mientras es sometido a fuerzas de tracción. Se obtiene mediante la relación:
Donde: Lf : Longitud final (mm ) Lo : Longitud inicial (mm )
�� =
�� − � 0 �0
Figura 6. Probeta al final del ensayo.
Donde Lf es la longitud instantánea (mm) cuando soporta una fuerza de tracción y L0 es la longitud inicial del material (probeta). La deformación real puede calcularse bajo la siguiente expresión a partir de la deformación convencional:
� � = ln(� � + 1) A partir de la Resistencia a la Tracción Convencional, podemos calcular la Resistencia a la tracción Real del material usando la deformación convencional:
~7~
� � = � � (� � + 1)
Figura 7. Diagrama esfuerzo convencional vs Deformación convencional.
3.5
ESTRICCIÓN (φ):
Variación máxima del área de la sección recta transversal que se produce durante el ensayo expresado en porcentaje respecto a la sección inicial.
� = � 0 − �� �0 LEYENDA PARA EL SOFTWARE TESTXPERT: ABREVIATURA
DESCRIPCIÓN
mE Y0.2 UYS LYS YPE TS Fmax Elu Elong at fracture L0 Sección
Módulo de elasticidad Límite elástico en deformación no proporcional 0.2% Límite superior de fluencia Límite inferior de fluencia Deformación límite de fluencia Resistencia a la tracción Fuerza máxima a la tracción Deformación total en fuerza máxima de tracción (corr.) Deformación total en rotura (corr.) Longitud inicial Sección inicial (Área)
Tabla 1. Leyenda de resultados obtenidos en el software Testxpert.
~8~
IV.
MATERIALES:
It.
EQUIPOS, HERRAMIENTAS Y MATERIALES
CANTID AD
1
Máquina de Ensayos Universales
1
2
Vernier
1
3 4 5
Probeta de Acero Probeta de Cobre Probeta de Aluminio
1 1 1
6 Probeta del latón
1
CARACTERÍSTICAS Marca: ZWICK/ROELL Modelo: Z050 Capacidad máxima: 50 KN Marca: orión Capacidad: Error: 0.15mm Color azulado Color ladrillo Color plateado
Color dorado
Tabla 2. Materiales para el desarrollo del laboratorio.
V.
PROCEDIMIENTO:
Primero debemos Verificar medidas para validar la probeta, fabricadas según la norma ASTM E8M. Medimos el diámetro inicial (d0) de la probeta, considerando el de la sección reducida estas medidas obtenidas fueron con ayuda de un vernier. Luego Medimos la longitud inicial (L0) entre puntos Considerando las medidas tomadas anteriormente, calcular el área inicial usando para ello el diámetro de la probeta medido. Encender la máquina de ensayo antes de abrir el software testXpert (interruptor principal ubicado en el lado izquierdo de los botones). Encendemos la computadora y abrimos el software. Colocar “ON” el botón de encendido del equipo. Hacemos clic en el icono Fuerza 0. Luego hacemos clic en el icono Pos. inicio (aquí las mordazas se ubican a una distancia ya programada) y verificamos la distancia entre mordazas de acuerdo a la longitud de la probeta.
~9~
Figura 8. Barra de herramientas del software TestXpert.
Procedimos a colocar la probeta en las mordazas de sujeción. Como la probeta es redonda, ingresar los siguientes datos: Diámetro inicial y longitud inicial de cada material que se desea medir. Para iniciar el ensayo, hacer clic en el icono Inicio y observamos con atención el comportamiento de la probeta en la ejecución del ensayo; y la formación de la curva Esfuerzo vs Deformación en la computadora. Completamos la Tabla 1 y 2 de los Resultados con ayuda de algunas fórmulas. Para el área:
area=
2 xD ² π
Para hallar la: Lf-lo= ΔL Grabar el reporte para su posterior Discusión de los Resultados. RESULTADOS:
MATE RIAL ACER O ALUM INIO COBR E LATÒ N
L0 (mm)
d0(mm )
Lf (mm)
df(mm)
ΔL (mm)
5.7mm
48.8mm
3.85m m
11.3m m 5.75 mm
37.5m m 37.3m m 39.5m m 38mm
5.85m m
43.05m m
3.1mm
5.98m m
41.85m m
5mm
5.95m m
39.05m m
5.6mm
2.35 mm 1.05 mm
A0 Af 2 (mm (mm2 ) )
F. (N)
25.52 mm2 26.8 mm2
11.64 mm2 7.55 mm2
7912.78N
27.81 mm2 27.80 mm2
19.63 mm2 24.63 mm2
13500.51 N 11396.36 N
~ 10 ~ Tabla 3. Datos iniciales y finales del Ensayo de Tracción.
6016.52N
σTRACCI ÓN MATERIAL (MPa)
Ɛ (%) error
εr módulo de elasticida d (%)
σr esfuerzo de tracción (MPa)
φ (%)
ACERO ALUMINIO COBRE LATÓN Tabla 4. Obtención de los principales parámetros del Ensayo de tracción.
VI.
ANÁLISIS DE RESULTOS:
Figura 9. Grafica de los materiales.
Figura 10. Materiales utilizados.
De los materiales dados en el taller, se observó que el acero, presenta fluencia, mientras que los demás (latón, aluminio y cobre) no presentan señales de estas.
~ 11 ~
Entre los cuatro materiales, se observó que el acero presenta mayor tenacidad, mientras que el latón muestra poco tenacidad; además el acero presenta mayor resistencia al impacto.
Se pudo observar, que el cobre presenta una fuerza máxima de 13500.51N, antes de su rompimiento, mientras que el aluminio soporta una fuerza máxima de 6016.52 N.
El cobre presenta un esfuerzo máximo de 520 Mpa mientras que el aluminio presentó un esfuerzo máximo de 240 Mpa; además el cobre presenta mayor resistencia a la tracción y el aluminio muestra lo contrario.
El acero, presenta una elongación a la fractura de 36.5%, el cobre 12.9%, el aluminio 16.1% y el latón presenta el 11.2%.
El cobre, presenta mayor rigidez entre los materiales propuestos (aluminio, acero y latón), estos nos damos cuenta cuando la línea está más pegado al eje “Y”.
Analizando los resultados el acero es un material dúctil y frágil porque, Su rotura fue copa y cono además es más tenas y resistente al impacto. El cobre es un material donde no hay estricción, es más frágil que dúctil, debido a que su rotura fue medio inclinado y plano, además se dobla más que el latón. Según los resultados obtenidos el latón es un material frágil porque se rompió ahí mismo y no tuvo tiempo para formarse el cuello Con los resultados obtenidos podemos decir que el aluminio es menos tenas porque se deforma menos y su rotura fue copa y cono es decir presento rotura dúctil.
VII.
CONCLUSIONES:
En resumen se determinó, la tenacidad, rigidez, resistencia a la tracción y las deformaciones sufridas de los distintos materiales al ser sometidos a un ensayo de tracción, por lo cual
~ 12 ~
se verifico cada medida (inicial y final) de los materiales o probetas que fueron sometidas a dicho ensayo también se midió su diámetro inicial y final de cada probeta.
VIII.
CUESTIONARIO:
1. Un alambre de acero corriente se rompe con una fuerza de tracción de 750 Newton y una barra del mismo acero se rompe con 500 Newton ¿cuál de los dos tiene mayor resistencia? Fundamente su respuesta. El acero corriente tiene de 750 Newton por lo tanto tendrá mayor resistencia porque es más delgado y se puede estirar más sin mucha dificultas. 2. Un resorte de alambre de acero inoxidable se rompe con una fuerza de tracción de 550 kg, si se aumenta el área de su sección transversal al doble de la inicial, con que fuerza se romperá? Con la fuerza de 1100 kg porque su área seria el doble si calculamos con la formula obtenemos dicho resultado. 3. En el ensayo de dureza ¿Por qué no se deben tomar mediciones demasiado cercanas entre sí? Y también ¿Por qué no se deben tomar lecturas cercanas a la orilla del material? Porque si se tomaran mediciones cercanas no tendremos una buena exactitud; a la orilla del material no se deben tomar mediciones por un desgaste que existen en los filos y no obtendremos una correcta medida. 4. ¿Un material no metálico puede ser más duro que un metal? Explique con ejemplos. Si por ejemplo si comparamos el diamante con un material metálico de aleación de berilio, en este caso el más duro seria el diamante; el bronce con el vidrio en este caso el vidrio es más duro.
5. Investigue y elabore una tabla de equivalencias entre sus valores para la dureza Brinnel, Vickers, Rockwell.
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Brinell dureza HB
Rockwel l dureza HRB
Rockwel l dureza HRC
Vickers dureza HV
Resistenci a a la tracción
kg /mm 638 652 627 600 555 534
IX.
X.
120 119
65 63 61 59 57 54
885 820 765 632 675 598
2
232.9 221.5 2134.5 188.7 195.1 181.3
RECOMENDACIONES:
Tomar el material metálico y ubicarlo de manera que se encuentre en el centro de la máquina de tracción; es decir, que la parte superior de la maquina debe sujetar es mismo espacio que la parte inferior.
La rotura que va a sufrir dicho material siempre va a pasar en propio cuerpo aunque tenga una soldadura, ya que este es más resistente que el material.
Trabajar con cada uno de los materiales de manera individual con sus respectivas dimensiones, obteniendo sus datos de cada uno.
Verificar que las medidas a utilizar estén en una medida aceptable para realizar el trabajo de la mejor manera y con menos errores.
Verificar y comparar las anotaciones obtenidas en cada uno de los materiales a utilizar para así no tener errores en el momento del análisis.
BIBLIOGRAFÍA:
~ 14 ~
Tecnología industrial II. España: Everest Sociedad Anónima. 2014. p. 440.
Luis Ortiz Berrocal (2007). Resistencia de materiales, Madrid: Ed. McGraw-Hill. L.E. Nielsen, R.F. Landel, “Mechanical Properties of Polymers and Composites, 2ª ed. Marcel Dekker, New York (1994). D.W. Van Krevelen, “Properties of Polymers”, 3ª ed., Elsevier, Amsterdan (1990). I.M. Ward, “Mechanical Properties of Solids Polymers”, 2ª ed. John Wiley & Sons, New York (1983).
~ 15 ~
