Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica
Laboratorio de Conformado de Metales Ensayo Bauschinger Profesor: Dr. Ing. Ricardo Castillo. Ayudante: Rodrigo Silva. Alumno: Jorge Gálvez G.
Resumen: En el siguiente informe se trató el denominado efecto bauschinger que tiene estricta relación con el endurecimiento del material, y en esta ocasión se visualizo a través de un ensayo de torsión. El acero a tratar fue un SAE1045, y podremos ver como sus propiedades influyen en los resultados obtenidos al final de este informe. En el ensayo realizado se obtuvieron los datos de torque y ángulo de deformación, con estos datos y las fórmulas apropiadas se llegó a calcular el esfuerzo cortante producido con cada deformación que se le dio al material y su respectivo ángulo de torsión. Con estos datos calculados se llevaron a la gráfica y se pudo apreciar el endurecimiento que presenta el material al ser sometido a torsión en dos oportunidades de manera consecutiva.
Introducción: En el laboratorio se realizó la experiencia llamada Bauschinger que habla de la determinación de tensiones después de la deformación. Este efecto que se produce se puede apreciar al cambiar la dirección de los torques aplicados modificando las dislocaciones. Se tendría que apreciar en los gráficos que el primer torque realizado en sentido horario. Será menor que el torque aplicado en el otro sentido. Debido a este fenómeno microestructural. Este ensayo debiera ser considerado para determinar la distribución de tensiones después de la deformación, y el endurecimiento que se genera a la deformación. Al ser este, en otras palabras, un ensayo de torsión, deberíamos saber que es exactamente la torsión. En ingeniería, torsión se refiere a la deformación helicoidal que sufre un cuerpo al aplicar un par de fuerzas (torque).
Cuerpo cilíndrico de longitud L y radio R, sometida a un momento torsor T. En donde los esfuerzos cortantes, como ya hemos estudiado y el círculo de mohr por ejemplo así nos permite visualizarlo. Sería de la siguiente manera:
τ max
O
Marco Teórico: Si una probeta cilíndrica de longitud L es sometida a un torque T, el ángulo de torsión ϕ está dado por la siguiente ecuación:
En donde G es el módulo de corte del material de la probeta y J es el momento de inercia polar de la sección circular de dicha probeta. También podemos saber la fórmula para calcular los esfuerzos de corte
El angulo de torsión:
(*(180/π )) G se puede obtener de las dos ecuaciones anteriores:
Y finalmente para tener todos los datos, el momento de inercia polar tiene la siguiente fórmula:
Campos de aplicación: El ensayo de torsión se aplica en la industria para determinar constantes elásticas y propiedades de los materiales. También se puede aplicar este ensayo para medir la resistencia de soldaduras, uniones, adhesivos, etc.
Objetivos: Los objetivos de este ensayo, son evaluar el efecto bauschinger que habla en pocas palabras del endurecimiento que va adquiriendo el material a medida que se deforma. Para esto se necesitará la gráfica de esfuerzo cortante versus el ángulo torsor producido. Instrumentos, Accesorios y materiales: -
Máquina de ensaye de torsión. Torquímetro integrado en la máquina. Probeta de acero SAE1045. (Diámetro 6mm; Longitud 68mm) Vernier.
Procedimiento: En primer lugar, es necesario examinar la máquina y ver que esté correctamente calibrada. Se instala la probeta a utilizar y se medirá cada 6 grados hasta llegar a los 150°, es decir, 25 mediciones de torque tanto en sentido horario (torque positivo) y en sentido antihorario (torque negativo). Resultados: Los resultados entregados por la máquina de ensaye fueron las siguientes: Angulo (°) 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102 108 114 120 126 132 138 144 150
Torque (N-m) (+) Positivo (-) Negativo 0 5 7 11 12 14 16 15,4 19 16,8 19,4 17,8 19,6 19 20,2 19,6 20,4 20 20,6 20,4 20,8 20,8 21 21,6 21 21,8 21,2 22 21,2 22,2 21,2 22,2 21,2 22,4 21,4 22,6 21,4 22,6 21,4 22,8 21,4 22,8 21,4 22,8 21,4 23 21,6 23 21,6 23,2 21,6 23,2
Con la tabla anterior y las fórmulas entregadas en el marco teórico llegué a los siguientes resultados de esfuerzos cortantes y ángulo de torsión. τ positivo (Mpa)
τ negativo (Mpa)
0 165,05 282,94 377,26 447,99 457,42 462,14 476,26 481 485,72 490,43 495,15 495,15 499,86 499,86 499,86 499,86 504,58 504,58 504,58
117,89 259,36 330,09 363,11 396,12 419,69 447,99 462,14 471,57 481 490,43 509,3 514,01 518,73 523,44 523,44 528,16 532,87 532,87 537,59
0 15,16 30,33 45,49 60,66 75,83 90,99 106,16 121,33 136,5 151,66 166,83 181,99 197,16 212,33 227,5 242,66 257,83 272,99 288,16
504,58 504,58 504,58 509,3 509,3 509,3
537,59 537,59 542,31 542,31 547,02 547,02
303,33 318,5 333,66 348,83 363,99 379,16
(rad)
γ
Para esta tabla se construye la siguiente gráfica: Esfuerzo de Corte v/s Ángulo de Torsión
500 400
t positivo (Mpa)
300
t negativo (Mpa)
200 100
Ángulo de torsión (rad)
364
334
303
273
243
212
182
152
121
91
60,7
30,3
0 0
Esfuerzo de corte (Mpa)
600
Discusión: En los resultados obtenidos queda en evidencia el efecto bauschinger que nos dice que al aplicar un momento torsor en el material en cierta dirección, al someterlo al mismo esfuerzo en sentido contrario el material presenta un endurecimiento en su estructura. La gráfica deja en evidencia que el torque negativo aplicado después del torque positivo, marcó valores superiores de torque sometidos al mismo ángulo de deformación. Hubiera sido interesante ver como este efecto se aprecia en un tipo diferente de material, con otro porcentaje de carbono, bronce, etc Conclusión: Se pudo concretar el ensayo bauschinger y ver con claridad el efecto que se produce llamado el efecto bauschinger. Se comprendió que al aplicar torsión a un material este se endurecerá dificultando de manera leve que se aplique torsión en el sentido opuesto al realizado. En el caso del acero SAE1045 este efecto fue bastante leve. Por lo tanto, dependiendo de las características del material este efecto se apreciará de manera más exagerada en la gráfica. Bibliografía: Libros citados: - Ensaye e inspección de materiales en Ingeniería - G. Rowe. Web Sites: - http://www.upv.es/pms2002/Comunicaciones/106_BRAVO.PDF
