UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA “INFORME DE ENSAYO DE TRACCIÓN”
Ciencia de los materiales I SECCION:
A
ESTUDIANTES: Choque Lizana Edgar Yovani 20150156k
Enciso Molina, Miguel Angel 20150070I
Zuñiga Trejo, Gilbert Andreé 20152079C
PROFESOR:
Ing.
Luis Sampen
FECHA DE REALIZACIÓN:
21/04/2017
FECHA DE PRESENTACIÓN:
28/04/2017
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ÍNDICE
Objetivos
3
Equipo
3
Procedimiento
4
Datos obtenidos
5
Cálculos y resultados
5
Conclusiones
10
Recomendaciones
10
Test de comprobación
11
Bibliografía
13
2
1.-OBJETIVOS: Obtener la curva carga - deformación y la curva de ingeniería esfuerzo deformación unitaria para cinco materiales metálicos. Determinar la resistencia mecánica y el módulo de elasticidad de los mismos. Asimismo construir la curva real y calcular la tenacidad de uno de ellos.
2.- EQUIPO: 2.1.-Máquina de tracción Marca: Alfred J. Amsler y CIA. Schaffhausen, Suiza (46/224) Ensayo de tracción, compresión y flexión simple con maquina Universal de Amsler de capacidad hasta 50 tn. Motorizada. Mide las tensiones de rotura. Puede realizar la gráfica
σ vs ε
del material con que se trabaje
(cobre, bronce, aluminio, etc.).
2.2.-Probetas de:
Figura 2. Máquina Amsler
Aluminio, cobre, acero de medio carbono, acero de bajo carbono y bronce
Figura 1. Probetas 3
3. PROCEDIMIENTO: Primeramente es indispensable medir el ancho y espesor de la probeta con un Pie de Rey digital en diferentes puntos a lo largo de su sección, hacer una marca en la probeta para poder medir posteriormente el alargamiento máximo experimentado, colocar la probeta en la máquina de ensayo y sujetarla con las mordazas.
Figura 3. Pie de rey
Figura
4.
Medición
entre las marcas
El ensayo consiste en deformar una probeta por estiramiento un axial y registrar dicha deformación frente a la tensión aplicada. Se realiza en máquinas de tracción con velocidad regulable y un registro gráfico. Los diagramas así obtenidos, denominados diagramas de tensión-deformación. Las probetas tienen que medirse por lo menos en cinco puntos dentro de la longitud marcada y la diferencia de la medida no puede ser mayor de 0.1 ms. La probeta se coloca dentro de las mordazas tensoras, de manera que se adapten bien y tengan efecto de cuña con accionamiento neumático, hidráulico o manual. La fuerza inicial no debe ser demasiado alta, porque de lo contrario podría falsear el resultado del ensayo. Así mismo se debe cuidar que no se produzca deslizamiento de la probeta. La máquina de ensayos está diseñada para alargar la probeta a una velocidad constante y para medir continua y simultáneamente la carga instantánea aplicada y el alargamiento resultante. El ensayo dura varios minutos y es destructivo, o sea, la probeta del ensayo es deformada permanentemente y a menudo rota. La velocidad de estiramiento será siguiendo la norma ASTM.
Figura 5. Ruptura de la probeta.
4
4.- DATOS OBTENIDOS: Lo (mm)
Lf (mm)
Do (mm)
Df (mm)
Carga Máx. (kgf)
Deformación (mm)
ALUMINIO
25
31.45
6.25
3.35
530
6.45
COBRE
25
29.35
6.05
2.95
830
4.35
BRONCE
25
32.35
6.40
4.70
1380
7.35
25
30.55
6.25
3.65
1570
5.55
25
29.35
6.20
4.45
2240
4.35
ACERO DE BAJO CARBONO (SAE 1010) ACERO DE MEDIO CARBONO (SAE 1045)
5. CÁLCULOS Y RESULTADOS: Deformación:
Esfuerzo:
Módulo de elasticidad: Figura 6. Cuadro de datos.
Resilencia:
Estricción:
5
Aluminio
Cobre
Bronce
SAE 1010
30.679
28.747
32.169
30.679
A final (mm2) Fmax (kg ) Frotura (kg)
8.814
6.834
17.3494
10.4654
15.5528
530
830
1380
1570
2240
339
345
352
1100
1540
máx.(kg/mm2) f.(kg/mm2) E
60.131
121.451
79.541
150.018
144.025
7.93
11.13
9.57
19.169
52.12
223.809
3186.36
838.095
713.15
812.941
Ψ (%)
77.537%
78.083%
35.43%
72.437%
48.239%
25.8%
17.4%
29.4%
22.2%
17.4%
A inicial
(mm2)
ing. (%)
SAE 1045 30.19
Figura 7. Cuadro de cálculos.
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5.3.- CURVA DE INGENIERÍA:
Aluminio Esfuerzo Cortante (Kg/mm2)
6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
0.20
0.22
∆L/L
Cobre Esfuerzo Cortante (Kg/mm2)
12.00 10.00
Figura 12. Gráfica de ing. del aluminio.
8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
∆L/L
7
SAE 1010 Esfuerzo Cortante (Kg/mm2)
25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
∆L/L
Figura 14. Gráfica de ing. del Bronce.
Bronce Esfuerzo Cortante (Kg/mm2)
12.00 9.00 6.00 3.00 0.00 0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
∆L/L
Figura 15. Gráfica de ing. del acero SAE 1010.
8
SAE 1045 Esfuerzo Cortante (Kg/mm2)
25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
∆L/L
Figura 16. Gráfica de ing. del acero SAE 1045.
Preguntas que nos ayudan a interpretar las curvas características
a) Cuantas veces más resiste es el acero AISI 1045 en comparación con el Al, Cu y el otro acero - En comparación al aluminio:
3.226 veces más.
- En comparación al Cobre:
0.623 veces más.
- En comparación al acero AISI 1010:
0.426 veces más.
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b) ¿Cuál de los materiales ensayados presenta mayor deformación plástica? - El bronce con 29.4% de deformación.
c) ¿Cuál de los materiales ensayados presentó un mayor valor en su módulo de Young? - El bronce con 838.095 MPa.
d) Indique un ejemplo en el cual el módulo de elasticidad sea fundamental en la elección de un material para fabricación de un elemento mecánico determinado. - En la fabricación de techos, perfiles para ventanas o chapas es necesario contar con un material que tenga alta ductilidad (módulo de elasticidad alto) como viene a ser el aluminio.
e) ¿Cómo se puede compensar la poca resistencia mecánica de un metal cuando tenga que ser elegido obligatoriamente para un requerimiento determinado? - Con aleaciones; por ejemplo, el aluminio tiene poca resistencia mecánica pero si se realizan las aleaciones adecuadas puede llegar hasta aproximadamente 690 MPa.
CONCLUSIONES El ensayo de tracción proporciona mucha información sobre las propiedades mecánicas de los materiales, con ello se puede seleccionar cada uno de ellos para usos específicos.
Se corrobora que el material en proporcionarles la carga presenta obedeciendo la ley de Hooke.
los primeros instantes de una deformación elástica,
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RECOMENDACIONES Informarse previamente sobre la realización de los ensayos de dureza antes de iniciar dicha práctica, asegurándote así obtener datos del modo apropiado. Las indentaciones deben de estar distanciadas correctamente para evitar cálculos erróneos. Verificar que el penetrador este de forma perpendicular con la superficie de la probeta. Asegurarnos adecuadamente que los materiales estén limpios de impurezas y correctamente pulidos con el fin de que la superficie sea plana y exento de materia extraña, lo que mejora los resultados en la experiencia. Las mediciones se deben hacer varias veces de este modo se trabaja con el promedio y se logra reducir la incertidumbre en el experimento. Esperar el tiempo correcto durante el funcionamiento de los durómetros, para que los datos que se obtengan de estos sean más exactos.
TEST DE COMPROBACION a. ¿Cuándo se dice que un material está sometido a un esfuerzo de tracción? - Se denomina tracción al esfuerzo interno a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo. Lógicamente, se considera que las tensiones que tiene cualquier sección perpendicular a dichas fuerzas son normales a esa sección, y poseen sentidos opuestos a las fuerzas que intentan alargar el cuerpo. b. ¿Qué es la fluencia? - La fluencia es la deformación irrecuperable de la probeta, a partir de la cual sólo se recuperará la parte de su deformación 11
correspondiente a la deformación elástica, quedando una deformación irreversible. c. ¿Cómo se determina la fluencia en un material dúctil? - Observando el indicador de carga, después de aumentar continuamente la carga, se observa que cae súbitamente a un valor menor y ahí se mantiene mientras que la probeta sigue alargándose. En un ensayo bien efectuado uno puede distinguir entre el punto de fluencia que corresponde a la carga alcanzada, justo antes de que empiece la fluencia, y el punto de fluencia más bajo que corresponde a la carga requerida para mantener la fluencia. Como el punto de fluencia superior es transitorio, debe usarse el punto de fluencia inferior para determinar la resistencia a la fluencia del material.
d. ¿Cómo se determina la fluencia en un material duro? - Ubicamos el punto en 0.2% ó en la gráfica se traza una paralela a la recta donde une a la curva es el punto de fluencia.
e. ¿Qué aspecto presenta la fractura en un material dúctil? - Llegado a un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección diametral, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por esa zona. Esta zona de sección reducida es la que se conoce con el nombre de estricción. f. Como se denomina a la capacidad que posee un material de absorber energía elásticamente y devolverla cuando se elimina la carga - Resilencia.
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g. Cuanto mayor es el módulo de Young, que ocurre con la deformación elástica resultante de una tensión aplicada. - Sera menor la deformación ya que el módulo de Young es una constante independiente del esfuerzo.
h. ¿Qué indica el hecho de que un material tenga un porcentaje de estricción alto? - A mayor porcentaje de estricción, el material será más elástico o más dúctil.
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BIBLIOGRAFÍA
•
Norma ASTM E18, Standard Test Methods for Rockwell Hardness and
Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials.
•
Norma ASTM E 92, 1997, Standard Test Method for Vickers Hardness of Metallic Materials.
•
Norma Técnica Peruana, 1970, ITINTEC 341.005, Ensayo de dureza Rockwell
•
Smith. 2006. Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de materiales. Cuarta edición. México: McGraw-Hill, 2006.
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