Informe Lab 1 Ing Materiales

Departamento Depar tamento de Ingeniería Mecánica Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Universidad de Chile ME3601 - Ingeniería de Materiales I

Laboratorio 1 Ensayo de Tracción

Integrantes: Franco Clandestino Pedro Pedro Espinoza Espi noza

Profesor: Rodrigo Palma

Fecha: Fecha: 27 de noviembre de 2016

Universidad de Chile - Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Departamento de Ingeniería Mecánica

Índice 1. Introducción

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2. Objetivos

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2.1. Objetivos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.2. Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3. Antecedentes

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4. Procedimiento experimental

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5. Resultados obtenidos

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5.1. Acero SAE 1020 laminado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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5.2. Acero SAE 1020 trefilado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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5.3. Acero SAE 4340 sin tratamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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5.4. Acero SAE4340 templado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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5.5. Acero Misterioso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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5.6. Bronce SAE 640 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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5.7. Plástic tico reforzado con fibras de vidrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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5.8. Ajuste al modelo de Hollomon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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6. Discusión y análisis de resultados

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7. Conclusiones

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8. Bibliografía

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1. Introducción Es de mucha utilidad conocer las propiedades mecánicas que tienen distintos materiales, para así inferir el comportamiento que van a tener estructuras o mecanismos utilzados en la cotidianidad que están sometidos a esfuerzos constantes. Es en este contexto que aparece el ensayo de tracción, en el cual una probeta es sometida a un esfuerzo de tracción constante hasta que la probeta ya no aguanta más y cede ante el esfuerzo, produciéndose así la fractura del material. Mediante esrte ensayo se pueden observar para qué valores de fuerza aplicada sobre la probeta, empiezan a producirse deformaciones que ya son irreversibles y que comienzan a desgastar poco a poco el material, hasta el momento de la fractura. Como ingenieros es muy importante conocer todos los parámetros asociados a fatigas de material, puesto que a la hora de diseñar mecanismos o estructuras, deben tenerse en cuenta las propiedades mecánicas del material para no incurrir en fallas como fracturas o deformaciones permanentes que afecten el funcionamiento de algún mecanismo. En el presente informe se explica el procedimiento y resultados de un ensayo de tracción aplicado a 7 materiales distintos, con el fin de obtener estas propiedades mecánicas para cada uno y poder compararlos entre ellos.

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2. Objetivos 2.1. Objetivos generales El principal objetivo de este informe es analizar las propiedades mecánicas de distintos materiales a partir de un ensayo de tracción.

2.2. Objetivos específicos Para cada material se determinará: Diagramas de esfuerzo deformación Límite de fluencia Resistencia última a la tracción Módulo de Young Ductilidad Con todo esto se podrá ver qué tipos de fractura ocurren (dúctil, frágil o mixta) y posteriormente hacer un análisis sobre los distintos tipos de materiales, compararlos entre ellos y ver qué usos son mejores para cada material.

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3. Antecedentes Cuando un material es sometido a un esfuerzo axial de tracción, hay dos fases principales que se pueden identificar en la deformación del material; una es la zona de deformación elástica en donde las deformaciones no son permanentes (es decir, si se retira la carga, la probeta recupera su forma inicial), en esta parte la curva de esfuerzo-deformación es de carácter lineal y su pendiente es el Módulo de Young E . Luego se pasa a una zona plástica, en donde al retirar la carga la probeta ya no vuelve a su forma original, esto se puede ver en la Figura 1, en donde la deformación residual que ocurriría si se quita la carga en σ 0,1% (en la zona plástica) sería de un 0.1 %, mientras que si la carga se quita en la zona elástica (parte lineal del diagrama), esta volvería al origen, quedando sin deformación residual. El límite de fluencia σ y se define como el esfuerzo para el cual deja de haber deformación elástica, se llama de fluencia pues entre la zona plástica y la elástica hay una pequeña región discontinuad, en donde a la que se le denomina zona de fluencia. La resistencia última a la tracción σ T S es el máximo esfuerzo aplicado durante el ensayo de tracción, y es donde comienza lo que se denomina cuello (necking en inglés), que es cuando la probeta comienza a disminuir su diámetro en un punto espécífico hasta que se rompe (los materiales de baja ductilidad no sufren este proceso).

Figura 1: El diagrama de esfuerzo-deformación típico de un materail, se puede apreciar claramente la zona plástica y la zona elástica La ductilidad f se define como la propiedad que tienen los materiales de tener deformación 3


plástica previa a la fractura, mientrás más se deforma plásticamente es más dúctil. La ductilidad puede obtenerse con la relación entre el largo inicial de la probeta y su largo final, mediante la siguiente fórmula: f = 100

Lf − L0 L0

Al momento de hacer el diagrama de esfuerzo-deformación surge un pequeño problema; dado que el esfuerzo de define como la fuerza divido el área transversal sobre la que se aplica. Dado que el área de la probeta va disminuyendo a medida que aumenta la fuerza, el esfuerzo real sería la fuerza aplicada sobre el área A (t ) en cada instante de tiempo. Puesto que no es trivial el cálculo, se define el esfuerzo ingenieril como la fuerza aplicada sobre el área inicial A0 ; luego, se tendrán dos diagramas de esfuerzo deformación, uno real y otro ingenierl. El esfuerzo real y deformación se calcula como sigue:

σ R = (1 + I )σ I ; R = ln(1 + I ),

donde el subíndice I representa el ingenieril, y el subíndice R sería el real. Es claro que el esfuerzo real es mayor que el ingenieril, pues el área disminuye, y hace que el cuociente entre la fuerza y el área aumente.

Figura 2: El diagrama de esfuerzo-deformación real (en azul) y el ingenieril (en negro) En este ensayo se estudiaron 7 materiales distintos (uno de ellos desconocido). Los valores de límite de fluencia σ y , resistencia última a la tracción σ T S , módulo de Young E y ductilidad f esperados según las distintas fuentes citadas en la bibliografía se detallan en la siguiente tabla: 4


Tabla 1: Propiedades mecánicas esperadas para los distintos materiales a analizar en el ensayo Material Acero SAE 1020 laminado Acero SAE 1020 trefilado Acero SAE 4340 templado Acero SAE 4340 sin tratamiento Bronce SAE 640

σ y [MPa] 165 205 1240 472 165

σ T S [MPa] 380 420 1380 744.6 276

E [GPa] 200 200 210 210 110

f [ %] 25 15 5 22 10

Las composiciones químicas de los aceros y el bronce son las siguientes: %C 0.18 - 0.23

%C 0.38-0.43

%Mn 0.60-0.80

%Cu 85,0 - 88,0

Acero SAE 1020 %Mn %Si 0.30 - 0.60 0.15 - 0.35

%Si 0.15-0.35

%P ≤ 0.4

Acero SAE 4340 %Cr %Ni 0.70-0.90 1.65-2.00

%S ≤ 0.5

%Mo 0.20-0.30

Bronce SAE 640 %Sn %Pb %Zn (máx.) 10,0 - 12,0 1,0 - 1,5 0,5

%P ≤0.035

%S ≤ 0,04

% Ni (inc. Co) 0,8 - 1,5

El acero SAE 1020 es un acero de bajo contenido de carbono, es de baja dureza para usos convencionales de baja exigencia, sus aplicaciones típicas son en bases de matrices, soportes, engranajes, flanges, pernos de anclaje, ejes, cadenas, bujes, tornillería corriente y pasadores de baja resistencia. El acero SAE 4340 es un acero de baja aleación Cromo Níquel Molibdeno, posee gran resistencia a la fatiga y se utiliza en piezas que están sometidas a grandes exigencias de dureza, resistencia mecánica y tenacidad, en general, es recomendado en aplicaciones de piezas de gran sección con elevadas exigencias mecánicas, como ejes de levas, árboles de transmisión, poleas, discos de freno, piñones, pernos y tuercas sometidos a grandes esfuerzos. El bronce SAE 640 posee una gran dureza y elevada resistencia por su grano fino con excelentes anticorrosivos, es recomendado para soportar grandes esfuerzos, impactos y temperaturas. Se utiliza en bujes de biela, cajas de cambio, pasadores de pistón, balancine; en descansos y guías en laminadores, prensas excéntricas, grúas. También para fabricar engranajes, coronas, piñones y rodetes. Lo que interesa en este ensayo a parte de calcular todas las propiedades mecánicas mencionadas anteriormente es también ver qué tipos de fractura van a ocurrir en los distintos tipos de materiales, para ello se van a definir tres tipos de fractura, los cuales se ven como en la Figura 3. La fractura es frágil cuando la probeta no presenta deformación plástica antes de la fractura, es decir, la probeta no disminuye su área ni aumenta su largo antes de la fractura. La superficie de fractura se ve lisa. 5


Figura 3: Tipos de fractura: en (a) se muestra una fractura frágil, en (b) una fractura mixta y en (c) una fractura dúctil En la fractura dúctil, el cuello que se genera en la probeta llega hasta el punto que queda un cono en cada mitad de la probeta, por lo que se le llama también fractura de cono, esta ocurre cuando el material es perfectamente dúctil. La fractura mixta es una mezcla entre estas dos fracturas y en la superfcie se ve una como una copa en una mitad y la otra mitad queda convexa, por ello a esta fractura también se le conoce como fractura de copa. Dado que es difícil comparar el esfuerzo real y deformación real entre distintos materiales durante el comportamiento plástico, aparece la ecuación de Hollomon, que se define como σ R = K (R )n ,

donde n =

d (log (σ R )) , y se puede aproximar como la pendiente en un gráfico l og (σ R ) vs l og (R ). d (log (R ))

K es el coeficiente posición del ajuste lineal del gráfico l og (σ R ),log (R , se llama constante de Hollomon y n es el coeficiente de endurecimiento.

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4. Procedimiento experimental En este ensayo de tracción se estudian 7 probetas de distintos materiales (para todas las probetas el ensayo es el mismo); a parte de los materiales mencionados en los antecedentes, otras dos barras se agregan, una de FRP fibra de vidrio y la otra de un material misterioso, el cual se identificará a partir de los resultados obtenidsos. Primero se toma una de las probetas y se marcan dos puntos a lo largo de la probeta, separados a 24 mm de distancia. Esta será la longitud de referencia y servirá para encontrar la ductilidad de cada material. Luego la probeta se pone en la máquina de tracción, que para todos los ensayos la máquina trabaja con una velocidad de cabezales constante de 5 mm/min hasta que ocurre la fractura.

Figura 4: Una imagen de la máquina utilizada mientras se realiza el ensayo de tracción Mientras se realiza el ensayo de tracción se puede ver en una pantalla cómo se va haciendo el diagrama de esfuerzo-deformación, pues la máquina de tracción está conectada a un computador que además va guardando los datos de fuerza aplicada y deformación de la probeta, tomando datos cada 0.1 segundo. Una vez que ocurre la fractura, se procede a tomar las medidas de el diámetro de la sección donde ocurre la fractura y la nueva distancia entre los puntos marcados previamente, para así tener la noción de cuanto se deformó la probeta previo a la fractura. Todos los datos de fuerza y deformación son guardados por el equipo Zwick/Roell Z100 en un archivo .xls para su posterior procesamiento. 7


5. Resultados obtenidos A continuación se presentan los resultados obtenidos en el ensayo de tracción para los distintos materiales.

5.1. Acero SAE 1020 laminado Los resultados obtenidos para el acero 1020 laminado según el ensayo de tracción muestran un comportamiento elástico hasta un cierto punto (límite de fluencia), seguido de una zona de comportamiento plástico. Lo anterior implica que este material presenta una fractura de tipo dúctil. Junto con lo anterior, se identifica un límite de fluencia igual a 443.2 [MPa], un módulo de Young de 19.2 [GPa] y un esfuerzo máximo de tracción de 622.6 [MPa].

Figura 5: Diagrama de esfuerzo-deformacuión del acero 1020 Laminado

5.2. Acero SAE 1020 trefilado Para las pruebas realizadas sobre la probeta de Acero 1020 trefilado, el gráfico 2 muestra una zona fácilmente identificable como elástica y otra plástica, previa a la fractura. Los resultados indican que el acero 1020 trefilado presenta un tipo de fractura dúctil, junto con los siguientes valores: módulo de Young E = 21 ,44GP a, σ y = 696,3MPa y un esfuerzo máximo de tracción de 822 ,5MPa.

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Figura 6: Diagrama de esfuerzo-deformacuión del acero 1020 Trefilado

5.3. Acero SAE 4340 sin tratamiento En el acero SAE 4340 , se observa una pequeña zona plástica antes que comience el cuello, alcanza un esfuerzo máximo de tracción de 1003MPa , un límite de fluencia de 830MPa, un valor de E = 16 ,5MPa y una deformación de 7.8%.

Figura 7: Diagrama de esfuerzo-deformacuión del acero 4340 Sin Tratamiento

5.4. Acero SAE4340 templado Para el acero SAE 4340 se observa una fractura frágil, en su diagrama de esfuerzo deformación no se observa una parte plástica, además los esfuerzos de fluencia y máximo de tracción fueron muy altos; σ y = 1554[MPa] y σ T S = 1999MPa , su módulo de Young es 21 ,7GP a y dado que no tiene comportamiento elástico, no se puede hablar de ductilidad.

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Figura 8: Diagrama de esfuerzo-deformacuión del acero 4340 Templado

5.5. Acero Misterioso En el acero misterioso se observa una gran zona plástica, esto implica que tiene una fractura más dúctil, sin embargo, esta sigue siendo mixta. Tiene un límite de fluencia de 511,4MPa, un esfuerzo máximo de 791MPa y un módulo de young de 20,7GP a.

Figura 9: Diagrama de esfuerzo-deformacuión del acero Misterioso

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5.6. Bronce SAE 640 Para el bronce, se distingue un comportamiento elástico, en un comienzo, seguido de uno plástico. El bronce presenta una fractura de tipo mixta, pues presenta una formación de cuello en su deformación plástica, sin embargo no alcanza a ser completamente dúctil. Además tiene módulo de Young= 11.8 [GPa], esfuerzo de fluencia= 289.9 [MPa], esfuerzo máximo de tracción= 439.6 [MPa].

Figura 10: Diagrama de esfuerzo-deformacuión del Bronce SAE 640

5.7. Plástico reforzado con fibras de vidrio Para el el FRP, se ve solo una región de comportamiento elástico, seguido de una fractura inmediata. La ausencia de una región plástica supone que el material posee una fractura del tipo frágil, con una deformación máxima cercana al 2.5%. También, se obtienen los valores de E == 34,18[GP a], σ T S = 676,74[MPa] y no se detecta esfuerzo de fluencia, ya que no existe el paso de comportamiento elástico a plástico para este material.

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Figura 11: Diagrama de esfuerzo deformacuión del Plástico Reforzado por Fibras de Vidrio.

Figura 12: Comparación de diagramas esfuerzo-deformación entre todos los materiales analizados

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5.8. Ajuste al modelo de Hollomon La ecuación de Hollomon se aplicó solamente a los materiales que presentaban deformación plástica, para ello se seleccionaron los datos σ R y  R de la zona plástica (entre σ y y σ T S ), luego en este ragno se grafica log (σ R ) vs log (R ), se hace un ajuste lineal y se calcula la pendiente para encontrar n. El valor de K es el valor del esfuerzo real para el cual la deformación es total (100%), es decir, el coeficiente de posición del ajuste lineal.

Figura 13: A la izquierda se muestra la parte que se selecciona para hacer el ajuste logarítmico, a la derecha el gráfico l og (R ),log (σ R )

Tabla 2: Tabla resumen con los resultados obtenidos para cada material Acero SAE 1020 laminado Acero SAE 1020 trefilado Acero SAE 4340 templado Acero SAE 4340 sin tratamiento Bronce SAE 640 Acero Misterioso

σ y [Mpa] 443.2 696.3 1554 830.2 289.9 511.4

σ T S [MPa] 622.6 822.5 1999 1003.2 439.6 791.5

E [GPa] 19.2 21.4 21.7 16.5 11.8 20.7

Ductilidad ( %) 14.22 7.89 8.68 12.36 11.22

Tipo Fractura Mixta Mixta Frágil Mixta Mixta Mixta

Tabla 3: Tabla con los valores K y n del ajuste de Hollomon 1020 laminado 1020 trefilado 4340 Misterioso Bronce

n 0.39 0.21 0.53 0.49 0.31

K [MPa] 1305 2407 3584 1472 920

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6. Discusión y análisis de resultados Al comparar los resultados obtenidos experimentalmente y los que se desprenden de estos, tales como: el módulo de Young, el esfuerzo de fluencia, entre otros, con los valores reales o esperados, se puede analizar lo siguiente: Los valores para el módulo de Young no coinciden. En el caso del Acero 1020 laminado el error es del 90.4%, siendo el valor calculado igual a 14.22 [GPa] y el real 200 [GPa]. Otros materiales que presentan un caso similar es el del Acero 1020 trefilado con un error del 89.28%, el bronce con un error del 89.27 %, por nombrar algunos ejemplos. Con respecto al esfuerzo de fluencia (σ y ), el error es menor que en el caso del módulo de Young, sin embargo, está lejos de ser despreciable. Por ejemplo, el Acero4340 templado presenta un error del 20.2%. Para el caso del Bronce, el error tiene el valor de 43.08% siendo el valor medido= 289.9 [MPa], superior al esperado= 165 [MPa]. El error aumenta para el Acero 1020 trefilado, donde su esfuerzo de fluencia corresponde a 696.3 [MPa], siendo el real igual a 205 [MPa] resultando en un error del 70.55%. Cabe destacar que los resultados experimentales resultaron mayores que los esperados. Al comparar los valores para el esfuerzo de tracción máxima ( σ T S ) se puede notar que existe un error al igual que en las propiedades evaluadas más arriba. Para el caso del Acero 1020 trefilado, el error es del 48.93% mientras que en el Acero 1020 laminado el error disminuye a 38.9% y en el Acero 4340 templado, el error fue de 30.96%. Para el esfuerzo de tracción máxima resultaron mayores los datos obtenidos por el ensayo de tracción. Para el caso de la ductilidad también se encuentra un error en el valor experimental comparado con el valor real. Por ejemplo, para el bronce se obtiene una ductilidad igual al 12.36%, mientras que los datos reales indican que debiese ser del 10%, un error del 20%. Con respecto al Acero 1020 laminado se obtiene una ductilidad de 14.22%, mientras que la real corresponde a 25%, dejando un error del 43%. El hecho de que los errores se repitan para todos los materiales y para cada una de sus propiedades indica que puede tratarse de un error a nivel experimental. Como la máquina cumple con los parámetros de medición y las normativas, se asume entonces que el equipo o el experimento en cuestión no es el apropiado para la medición de estas propiedades. A pesar de lo anterior, lo interesante del ensayo de tracción es que permite realizar un análisis cualitativo sobre los materiales con respecto a sus propiedades mecánicas. Es así como se observa que el Acero 1020 trefilado posee el más alto módulo de Young, es decir, necesitará esfuerzos más altos para deformarse lo mismo que otro material conseguiría con un menor esfuerzo. Es así como se presenta al bronce como el material más elástico y al Acero 1020 Trefilado como el menos elástico. Además, de acuerdo a los valores del máximo esfuerzo de tracción, se analiza que aquellos materiales que tienen un mayor valor para σ T S , como el Acero SAE 4340 templado y sin tratamiento, así como el material misterioso y el Acero SAE 1020 trefilado, presentan una mayor resistencia a la tracción. Mientras que los materiales como el bronce o el Acero 1020 laminado, presentan un menor valor para σ T S , por lo que son menos resistentes a la tracción. 14


Los resultados para el Plástico reforzado por fibras de vidrio indican que este carece de una zona de deformación plástica, por lo que no presenta un valor para el esfuerzo de fluencia. Se observa además una resistencia a la tracción mayor a la del Acero 1020 laminado, ya que llega al valor de σ T S = 676.74 [MPa], que al ser superado supone la inmediata fractura del material, lo cual indica una ductilidad nula. Con respecto a su módulo de Young = 34.18[MPa] se encuentra que es de los materiales menos elásticos evaluados en esta experiencia, ya que requiere mucho esfuerzo para lograr deformarse en bajas cantidades. Al evaluar los materiales de acuerdo a su ductilidad se encuentra una relación entre el valor de esta propiedad y la forma de la curva en la región plástica del gráfico esfuerzo vs deformación. La ductilidad se relaciona directamente con la deformación plástica del material. Aquellos materiales que presentan una zona de esfuerzo constante en la región plástica, posterior al máximo esfuerzo de tracción, poseen una mayor ductilidad. Por ejemplo, en el caso del bronce se encuentra una región en que la pendiente de la curva, en la región plástica, comienza a disminuir. Esto se traduce en que valores similares de esfuerzo actúan a medida que el material va deformándose, logrando la llamada formación de cuello y que el material logre deformarse más antes de llegar a la fractura. De acuerdo a lo anterior, el bronce y el Acero 1020 laminado se muestran, según su gráfico, como dos de los materiales más dúctiles, lo cual calza con los valores obtenidos, donde al bronce se le asocia un 12.36% de ductilidad y al acero 1020 laminado un 14.22%. Al contrario, materiales menos dúctiles como el Acero 1020 trefilado, con ductilidad del 7.89%, muestran en su curva una caída más abrupta luego de alcanzar el máximo esfuerzo de tracción, lo que se traduce en una fractura más inmediata y menor deformación. Con respecto al tipo de fractura de cada material, se observa que aquellos materiales que presentan fractura de tipo dúctil o mixta muestran, en su gráfico de Esfuerzo vs Deformación, zonas identificables como elástica y plástica, seguido de una posterior formación de “cuello”. Por otro lado, aquellos que se fracturan frágilmente no poseen una zona plástica y menos el tramo de formación de “cuello”, simplemente presentan deformación elástica y a continuación una fractura inmediata. El tipo de fractura tiene relación directa con la ductilidad, para aquellos materiales que presentaron fractura dúctil o mixta, el valor de la ductilidad es mayor que en aquellos con fractura frágil, como el FRP que tiene ductilidad= 0. La tenacidad corresponde a la energía de deformación que es capaz de absorber un material antes de fracturarse. Bajo este criterio se identifica al FRP como el material menos tenaz, es decir, aquel que tiene menor área bajo la curva en el gráfico Esfuerzo vs Deformación. Así también se desprende que el Acero 4340 Templado posee el mayor valor de tenacidad, lo cual tiene sentido con los datos obtenidos, ya que si bien este no posee una zona plástica definida, llega a un gran esfuerzo máximo de tracción (1999 [MPa]) antes de fracturarse junto con una deformación no despreciable cercana al 10 La experiencia entrega resultados distintos para el mismo material bajo distintos tratamientos. Es así como las propiedades encontradas para el Acero 1020 laminado y el Acero 1020 trefilado resultan diferentes. Por un lado, el SAE1020 laminado presenta un carácter mayor ductilidad que el SAE1020 trefilado, además mayor ductilidad y un menor esfuerzo de fluencia y de máxima tracción. Esto confirma las propiedades esperadas al revisar los tratamientos de cada material. El trefilado consiste en un proceso a bajas temperaturas, que concluye con un ordenamiento cristalino longitudinal, el cual aumenta el número de dislocaciones haciendo que el material sea más 15


frágil y aumenta la resistencia a la tracción. Por otro lado, el proceso de laminado se realiza en caliente lo que lleva al material a una mejor difusión y un reordenamiento, lo que implica una mejora de la ductilidad pero una disminución de la resistencia a la tracción. Estas características calzan con lo conseguido para los materiales SAE 1020 laminado y trefilado en la experiencia. Con respecto al Acero 4340, las diferencias entre el acero sin tratamiento y el templado son muy grandes, por ejemplo, se ve que la resistencia última a la tracción en el acero templado es mucho mayor y que además el acero templado casi no presenta deformación plástica. Se observa, además, que la diferencia en la ductilidad entre los aceros 4340 es bastante considerable, puesto que el templado no posee deformación plástica y el sin tratamiento presenta fractura luego de una deformación plástica, luego de que el esfuerzo ha decaído bastante, esto implica que el acero templado posee una fractura frágil y el sin tratamiento tiene una fractura más dúctil. Los ajustes de Hollomon tampoco son tan precisos, esto pues en la teoría, el diagrama de esfuerzo deformación logarítmico en la parte elástica debería ser una recta, lo cual no se ve en la realidad, en la Figura 13 (derecha) se observa cuan lejos de una recta se ven los datos, luego al hacer el ajuste lineal en Matlab se pierde información importante para determinar el valor exacto del coeficiente de endurecimiento y la constante de Hollomon, sin embargo, por este método, y comparando los resultados obtenidos se puede ver que el Acero 4340 es el menos dúctil, esto pues tiene un mayor n (un n = 1 es un material completamente frágil), y se puede ver que el bronce tiene un n menor, lo que también coincide con su comportamiento plástico. Los errores al obtener los valores de las propiedades pueden deberse a una incorrecta medición de los datos en el ensayo de tracción. La forma correcta consta de la instalación de un extensómetro en la probeta, el cual se encarga de medir las deformaciones exactas del material. La desventaja de no utilizar este elemento al momento de realizar el ensayo es que se toma en cuenta para calcular las propiedades únicamente los datos entregados por la deformación de la máquina, es decir, los que se separan las pinzas y no lo que se deforma el material realmente. Otro problema de esta forma de operar es que a la deformación final, que debiese corresponder exclusivamente a la plástica, se le agrega la deformación que sufre el material en un inicio, la deformación elástica, aumentando aún más los valores entregados.

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7. Conclusiones Los materiales y sus propiedades dependen de su estructura y composición. Estos se pueden cambiar por medio de tratamientos tales como el trefilado y otros estudiados en este informe que, como se mostró anteriormente, modifican los valores para el módulo de Young, así como el esfuerzo de fluencia, entre otros. Estos valores, a su vez, permiten hacer un estudio más cualitativo de los materiales, ya que determinan características como dureza, elasticidad, resistencia y tenacidad. Si bien el Ensayo de Tracción como se ha realizado en esta experiencia no sirve para obtener propiedades mecánicas tales como módulo de Young, esfuerzo de fluencia, máximo esfuerzo de tracción, entre otras, si entrega una relación entre los materiales, logrando hacer un análisis comparativo de estos. Cabe destacar que para este caso no se contó con el elemento extensómetro. La efectividad para el cálculo de estas propiedades incluyendo el extensómetro en la realización del ensayo no se ha determinado y debe ser estudiada. Un ejemplo de los cambios que experimentan los materiales frente a distintos tratamientos corresponde al caso de Acero 4340, estudiado en este informe. Este material al ser templado presenta un carácter más tenaz, menos elástico y más resistente a la tensión. Por otro lado, al evaluar el acero 4340 sin tratamiento se encuentran propiedades distintas, mayor elasticidad, menor resistencia a la tensión y menos tenacidad. Finalmente, se lograron identificar para cada material las propiedades anticipadas en la sección Antecedentes, por lo que los materiales sirven, de acuerdo a lo expuesto, para los siguientes usos: acero 1020 se utiliza para soportes o piezas de baja resistencia, el acero laminado por un lado es utilizable para la mayoría de estas y el trefilado, al presentar más resistencia y menos ductilidad sirve para piezas con mayores solicitaciones como cadenas, engranajes, tuercas, etc. El Acero 4340 presenta resistencias a la tensión mayores por lo que puede ser usado en ejes de levas, arboles de transmisión y piñones. El FRP, debido a su alta resistencia y bajo peso es utilizado en carrocería e incluso como fachada de construcciones.

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8. Bibliografía http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=carbon_steel_sae_1020 http://www.concast.com/c92500.php http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/7/7/305/pdf http://www.plastic-deformation.com/paper9.pdf http://www.totalmateria.com/page.aspx?ID=CheckArticle&LN=ES&site=kts&NM=279 http://www.efunda.com/materials/alloys/alloy_steels/show_alloy_AISI_4340

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Informe Lab 1 Ing Materiales

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