UNVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERIA, CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICA CARRERA DE INGENIERIA CIVIL
ENSAYO DE MATERIALES I TRACCION EN METALES NO ACERADOS
INFORME Nº 5
INTEGRANTES:
GAVILANEZ GARCIA PEDRO PEDRO NAPOLEON NAPOLEON TORRES TARABATA RONNY SEBASTIAN
CURSO: TERCERO PARALELO: 1
FECHA DE REALIZACION
05 de Noviembre del 2015
FECHA DE ENTREGA
12 de Noviembre del 2015
INTRODUCCION La presente práctica se realizara el ensayo de Tracción en Metales no Acerados, un metal no acerado es aquel que se encuentra libre de Carbono o Aleaciones que contengan Carbono. El ensayo consiste en someter a esfuerzos de tracción probetas de Cobre, Cobre, Aluminio y Hierro Amarillo; hasta obtener obtener la falla o ruptura de las probetas mediante el alargamiento axial. METALES NO ACERADOS Los metales no ferrosos o no acerados son blandos y tienen poca resistencia mecánica. Para mejorar sus propiedades se alean con otros metales; comprende todos los metales a excepción del hierro, los más importantes son siete: cobre, zinc, plomo, estaño, aluminio, níquel y magnesio. Los metales no ferrosos se clasifican en tres grupos: Pesados: son aquellos cuya densidad es igual o mayor de 5 kg/dm³. Ligeros: su densidad está comprendida entre 2 y 5 kg/dm³. Ultraligeros: su densidad es menor de 2 kg/dm³. La importancia que tiene en la industria el uso de los metales no ferrosos es enorme, porque poseen una o varias propiedades que los hace insustituibles:
Gran resistencia a la oxidación y corrosión, en general. Bajo peso específico. Una resistencia mecánica aceptable, (menor que los férreos). Buena conductividad eléctrica.
COBRE Su resistencia a la tracción es de , el punto de fusión es de 1.083°C mientras que su punto de ebullición es de unos 2.567°C, y tiene una densidad relativa de 8,9 gr/ cm3. Es muy dúctil se obtienen hilos muy finos y maleables pueden formarse laminas hasta de 0.02mm de espesor, posee una alta conductividad térmica y eléctrica. Las aleaciones de cobre, mucho son más duras que el metal puro, presentan una mayor resistencia y por ello no pueden utilizarse para fines eléctricos. No obstante, su resistencia a la corrosión es casi tan buena como la del cobre puro y son de fácil manejo. Las dos aleaciones más importantes son el latón, una aleación con zinc, zi nc, y el bronce, una aleación con estaño.
ALUMINIO , el punto de fusión es 660°C, Su resistencia a la tracción es tiene una densidad de ; es el más abundante en la naturaleza. Se encuentra como componente de arcillas, esquistos, feldespatos, pizarras y rocas Pág. 1
graníticas. También es un excelente conductor de la electricidad y del calor. Es muy blando con baja densidad, además es muy maleable y dúctil, se suele emplear en conducciones eléctricas de alta tensión por su bajo peso. Como en el caso del cobre (aunque mejor aún), al oxidarse forma una fina capa de óxido de aluminio que le hace enormemente resistente a la oxidación. Se usa mucho en la industria de la alimentación debido a su nula toxicidad, así como en marcos de ventanas y aplicaciones del estilo, ya que son resistentes a la humedad, radiaciones solares, etc. HIERRO AMARILLO La temperatura de fusión del hierro es de 15360C y su densidad de 7.86 g/cm3. El hierro es un material duro, tenaz, resistente, trabajable y muy dúctil. Se emplea en la fabricación de perfiles, la elaboración de acero y de un sinfín de piezas metálicas. Consideramos hierro a una aleación férrea de hierro y carbono con un contenido de carbono inferior al 0.1%. El hierro es sin duda el más importante de los metales, por su abundancia y por sus aplicaciones industriales. Los principales minerales de hierro son: magnetita, oligisto, limonita, y siderita. Fuente:
http://www.iestiemposmodernos.com/depart/dtec/Recursos/metalesnoferro sos.pdf http://materialestecnicosabasella.wikispaces.com/Metales+no+ferrosos
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1. OBJETIVOS 1.1.OBJETIVO GENERAL
Determinar experimentalmente mediante ensayos de Tracción con carga axial, las propiedades físico-mecánicas de materiales no acerados (Cobre, Aluminio y Hierro Amarillo) y efectuar el análisis comparativo entre ellos.
1.2.OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar el tipo de falla que se presenta en cada material no acerado y definir sus propiedades. Comparar entre cada uno de los materiales no acerados y comprender el comportamiento que tiene cada probeta de Cobre, Aluminio y Hierro Amarillo. Encontrar su porcentaje de ductilidad, esfuerzo nominal y deformación especifica lineal así como encontrar el módulo de elasticidad. Realizar e interpretar el diagrama Esfuerzo vs De formación Específica y deducir los esfuerzos que se presentan. Identificar por medio de la elongación si el material es dúctil o frágil.
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2. EQUIPOS Y MATERIALES 2.1.EQUIPOS
MÁQUINA DE 30 TON
UNIVERSAL (A= 10 Kg)
CALIBRADOR (A= 0,05 mm)
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DEFORMÍMETRO LINEAL
2.2.MATERIALES
PROBETA DE COBRE
PROBETA DE ALUMINIO
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PROBETA DE HIERRO AMARILLO
3. PROCEDIMIENTO
3.1.Procedemos a tomar las mediciones iniciales de las probetas como la longitud de medida y el diámetro de cada probeta, con la ayuda del calibrador y una regla graduada. 3.2.Iniciamos ensayando la probeta de cobre, colocando y acoplando correctamente al deformímetro lineal, y luego a la maquina universal; una vez que se aplica la carga, empieza el arrojamiento de datos estimando la carga y la respectiva deformación. 3.3.Al entrar en el límite de fluencia se toma las medidas en base a la deformación cada hasta llegar a la falla de la probeta y ese es el último dato de deformaciones. 3.4.Tomar la medida del diámetro en la sección donde se produjo la ruptura de la probeta ensayada. 3.5.Realizar el mismo proceso para el ensayo de la probeta de bronce y de la probeta de Aluminio y Hierro Amarillo. 3.6.Revisamos que la práctica haya salido correctamente y limpiamos nuestro lugar de trabajo. 3.7.Con los datos obtenidos se realizara los respectivos cálculos típicos según solicite en la tabla de datos y los diagramas de Esfuerzo vs Deformación Especifica, además se realizara el análisis del comportamiento de cada uno de los materiales.
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4. TABLAS COBRE (Cu) COBRE
CARGA
Nº
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
LONGITUD DEFORMACION DE AREA MEDIDA
ESFUERZO
DEFORMACION ESPECIFICA
P
P
∆
LM
A
σ
ε
Kg
N
mm
mm²
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1370 1410 1370 1370 1390 1390 1400 1380 1380 1340 1370 1380 1360 1280 1200 880
0 981 1962 2943 3924 4905 5886 6867 7848 8829 9810 10791 11772 12753 13439,7 13832,1 13439,7 13439,7 13635,9 13635,9 13734 13537,8 13537,8 13145,4 13439,7 13537,8 13341,6 12556,8 11772 8632,8
0 2 7 12 18 23 30 35 42 51 58 69 82 105 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 1000
0 33,7891365 67,578273 101,3674095 135,156546 168,9456825 202,734819 236,5239555 270,313092 304,1022285 337,891365 371,6805015 405,469638 439,2587745 462,91117 476,4268246 462,91117 462,91117 469,6689973 469,6689973 473,047911 466,2900837 466,2900837 452,7744291 462,91117 466,2900837 459,5322564 432,5009472 405,469638 297,3444012
0 0,8 2,8 4,8 7,2 9,2 12 14 16,8 20,4 23,2 27,6 32,8 42 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 400
250
29,033
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ALUMINIO (Al) ALUMINIO LONGITUD DEFORMACION DEFORMACION DE AREA ESFUERZO ESPECIFICA MEDIDA
CARGA Nº
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
P
P
∆
LM
A
σ
ε
Kg
N
mm
mm²
0 100 200 300 400 500 600 560 580 620 630 630 650 650 680 700 710 730 740 600 480
0 981 1962 2943 3924 4905 5886 5493,6 5689,8 6082,2 6180,3 6180,3 6376,5 6376,5 6670,8 6867 6965,1 7161,3 7259,4 5886 4708,8
0 3 13 22 30 42 57 100 150 200 250 300 350 400 500 600 700 800 900 1000 1100
39,59
0 24,7789846 49,5579692 74,3369538 99,1159384 123,894923 148,673908 138,762314 143,718111 153,629704 156,107603 156,107603 161,0634 161,0634 168,497095 173,452892 175,930791 180,886588 183,364486 148,673908 118,939126
0 1,2 5,2 8,8 12 16,8 22,8 40 60 80 100 120 140 160 200 240 280 320 360 400 440
250
HIERRO AMARILLO (Fe) HIERRO AMARILLO
CARGA Nº P 1 2 3 4
P
Kg
N
0 100 200 300
0 981 1962 2943
DEFORMACIO N
LONGITUD DE MEDIDA
∆
LM
A
σ
ε
mm
mm²
29,99
0 32,7109036 65,4218073 98,1327109
0 1,6 4,4 6,8
0 4 11 17
250
AREA ESFUERZO
DEFORMACIO N ESPECIFICA
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5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
400 500 600 700 800 900 1000 1070 1090 1140 1180 1180 1220 1220 1230 1260 1270 1280 1280 1300 1310 1320 1290 1300 1320 1300 1300 1320 1350 1330 1400 1400 1400 1420 1380 1210
3924 4905 5886 6867 7848 8829 9810 10496,7 10692,9 11183,4 11575,8 11575,8 11968,2 11968,2 12066,3 12360,6 12458,7 12556,8 12556,8 12753 12851,1 12949,2 12654,9 12753 12949,2 12753 12753 12949,2 13243,5 13047,3 13734 13734 13734 13930,2 13537,8 11870,1
24 32 37 45 54 63 78 100 150 200 250 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3400 4000 4400 4200
130,843615 163,554518 196,265422 228,976325 261,687229 294,398133 327,109036 350,006669 356,54885 372,904301 385,988663 385,988663 399,073024 399,073024 402,344115 412,157386 415,428476 418,699567 418,699567 425,241747 428,512838 431,783928 421,970657 425,241747 431,783928 425,241747 425,241747 431,783928 441,597199 435,055018 457,952651 457,952651 457,952651 464,494832 451,41047 395,801934
9,6 12,8 14,8 18 21,6 25,2 31,2 40 60 80 100 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 720 800 880 960 1040 1120 1200 1360 1600 1760 1680
5. DIAGRAMAS
6. CALCULOS TIPICOS Pág. 9
CALCULOS EN LA PROBETA DE COBRE Transformación de kgf a N:
1kgf=9.81N Si tenemos la carga #8 del ensayo a tracción de la probeta de cobre. 700kgf = 6867N Cálculo del área Ao. En las probetas de acero laminado al calor
Ao=
Para el área de la probeta de cobre del ensayo de tracción. D= 6.08 mm Ao=
Ao= 29.033 Cálculo del Esfuerzo nominal:
Para el estado de carga #8 de la probeta de cobre P= 6867 N A= 29.033
Cálculo de la deformación nominal o unitaria:
=
Para el estado de carga 8 de la probeta de cobre
Lo= 250 mm =
= 14
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Cálculo de la elongación final:
e=
Para la probeta ensayada de cobre tiene que Lf= 260 mm Lo= 250 mm e=
e=
e= 4 % Material es FRAGIL ya que e < 5%. Cálculo del módulo de elasticidad o de rigidez.
E = tan ϴ =
Se procede a encontrar la pendiente del diagrama = 33.7891 MPa. = 0.8mm/mm x 10 -4
E=
= 422364.20 MPa.
Cálculo del límite de fluencia:
En la probeta 1 tenemos: Fy=
Fy= 420.67 MPa. Cálculo de la excentricidad:
Para la varilla de cobre: EXCENTRICIDAD=
= 56.29%
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7. CONCLUSIONES
Al momento de realizar el cálculo de la elongación según los resultados obtenidos del ensayo se obtuvo como resultado que el COBRE Y ALUMINIO SON MATERIALES FRAGILES debido a que las elongaciones son menores al 5% en el caso del HIERRO AMARILLO ES UN MATERIAL DUCTIL debido a que su elongación es mayor al 5% estos resultados se obtuvieron al realizar los cálculos con los datos obtenidos en dicha práctica. Pero en realidad estos materiales son DUCTILES por lo que serían MALEABLES los resultados obtenidos se deben a la manera en la que se elaboró el ensayo y como se tomaron los respectivos datos. Al comparar el módulo de rigidez (E) de los tres materiales se tuvo que el COBRE=422364.20MPa es aquel el que tiene un mayor módulo de rigidez esto quiere decir que este material tiene menor deformación al someterse a mayores esfuerzos pero en el caso del ALUMINIO Y HIERRO AMARILLO tienen menor módulo de rigidez ALUMINIO =206491.54MPa HIERRO AMARILLO=204443.14MPa. En el caso de la EXCENTRICIDAD de cada uno de los materiales se obtuvo los siguientes resultados COBRE=56.29%, ALUMINIO=74%, HIERRO AMARILLO=34.54%, teniendo así que el ALUMINIO es el que se obtuvo un mayor porcentaje. Cada material debido a las propiedades y características físicomecánicas que cada metal no acerado (cobre, bronce y aluminio) posee, estos son destinados para diferentes funciones como para uso eléctrico, decorativo, estructural, etc. El comportamiento de los metales no acerados, fue de manera particular para cada una de las probetas, es decir, que el bronce actuó de manera que soporto mayor carga y obtuvo una mayor zona de fluencia, mientras que el comportamiento del cobre y del aluminio fue similar soportando cargas menores. Se comprobó que los tres materiales ensayados (cobre, aluminio, hierro amarillo) son dúctiles.
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8. RECOMENDACIONES
Antes de iniciar el ensayo se debe reconocer claramente cuál es el metal no acerado o material con el que se está trabajando y tratar de apreciarlo con la mayor cantidad de sentidos posibles. Se debe sujetar de manera adecuada cada una de las probetas, fijando sus extremos correctamente en la Maquina Universal, no tenga ningún problema y evitemos accidentes al ir aumentando la carga en las probetas. Durante el ensayo mantener el orden y la seriedad posible para que no exista ningún tipo de error en los ensayos, de tal manera que se logre obtener los datos fiables y correctos. Tener en cuenta las apreciaciones de cada equipo para utilizar de una forma adecuada. Tomar correctamente la longitud y el diámetro de cada una de las probetas ya que influye mucho en los cálculos, al momento de realizar los diagramas; en el caro de tomar mal sus dimensiones los resultados serán erróneos. Elaborar de forma ordenada las respectivas tablas de datos de los materiales no acerados sin confundir ni mezclar los datos, ya que si se lo hace al momento de realizar la respectivas gráficas y su análisis esto se tornara muy confuso lo cual nos llevara a tener mayor dificultad de entendimiento sobre el fenómeno producido en esta práctica de laboratorio además de realizar la mala práctica de laboratorio. Prestar atención a la explicación impartida en clase, para que al momento de calcular, no tener ningún inconveniente. Investigar acerca de las deformaciones y fallas que se pueden presentar en metales no acerados para saber sus características y propiedades.
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9. BIBLIOGRAFIA
CATAECKO. (2012). Metales No Ferrosos. 06-11-2015, de SLIDESHARE Sitio web: http://es.slideshare.net/CataEcko/metales-no-ferrosos-11694217 ACADEMIA. (2011). Metales No Ferrosos. 06-11-2015, de academia.edu Sitio web: http://www.academia.edu/8426324/METALES_NO_FERROSOS_ y_sus_ALEACIONES_Transparencias_de_clase ALBERTO HERRERA VACA MATERIA (2008). Eco acero. Tecnología IES MAR DE CÁDIZ http://www.ecoacero.com/menu_visita.htm TIEMPOS MODERNOS (2011). Metales No Ferrosos. 06-112015, de Recursos. Sitio web: http://www.iestiemposmodernos.com/depart/dtec/Recursos/metales noferrosos.pdf
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10.ANEXOS RESULTADOS OBTENIDOS
ANTES DEL ENSAYO
COBRE DURANTE EL ENSAYO
DESPUES DEL ENSAYO
ALUMINIO ANTES DEL ENSAYO DESPUES DEL ENSAYO
ANTES DEL ENSAYO
HIERRO AMARILLO DURANTE EL DESPUES DEL ENSAYO ENSAYO
TIPOS DE FALLA DE LOS METALES FRACTURA SIMPLE.
Tipos de fractura (basada en la capacidad del material de experimentar deformación plástica):
F ractur a dúctil
Esta fractura ocurre bajo una intensa deformación plástica. La ductilidad está cuantificada en % de alargamiento u estricción, es función de la velocidad de aplicación de la carga(o de deformación) y estado tensional cualquier proceso de fractura está compuesto por dos etapas: Formación de una fisura Propagación de la fisura.
Fractura dúctil La fractura dúctil comienza con la formación de un cuello y la formación de cavidades dentro de la zona de estrangulamiento. Luego las cavidades se fusionan en una grieta en el centro de la muestra y se propaga hacia la superficie en dirección perpendicular a la tensión aplicada. Cuando se acerca a la superficie, la grieta cambia su dirección a 45° con respecto al eje de tensión y resulta una fractura de cono y embudo.
F ractur a fr ágil
La fractura frágil tiene lugar sin una apreciable deformación y debido a una rápida propagación de una grieta. Normalmente ocurre a lo largo de planos cristalográficos específicos denominados planos de fractura que son perpendiculares a la tensión aplicada. La mayoría de las fracturas frágiles son transgranulares o sea que se propagan a través de los granos. Pero si los límites de grano constituyen una zona de debilidad, es posible que la fractura se propague intergranularmente. Las bajas temperaturas y las altas deformaciones favorecen la fractura frágil.
Superficies dejadas por di fer entes ti pos de fr actur a. a) F ractur a dúctil. b) F ractura moder adamente dúctil . c) F r actur a fr ágil sin deformación plástica.
OBRAS REALIZADAS CON LOS METALES COBRE
El cobre se utiliza en los techos tradicionales y en los revestimientos de las paredes. Es el metal mayormente utilizado para cableados y plomería ambiental. También suele ser el material elegido en la construcción de baños, iluminación y accesorios decorativos. Sus componentes garantizan un óptimo rendimiento de las nuevas tecnologías, incluyendo motores HVAC de alta eficiencia, iluminación y sistemas eléctricos, e incluso en las células fotovoltaicas de última generación.
Es un material muy plegable y flexible, haciéndolo fácil de trabajar por un artesano o artesana habilidoso. También no necesita ningún terminado o pintura. Puede ser soldado (baja temperatura de sellado con calor) para sellarlo a prueba de agua (en este sentido tiene algo en común con el plomo).
Escuela Secundaria Pública de Labarthe-sur-Lèze En el sur de Francia, los arquitectos LCR han creado una serie de edificios para esta escuela distribuidos en torno a una calle que funciona como central del complejo que organiza la vida de la escuela. Como material para el revestimiento de estas construcciones, han empleado el cobre con la intención de crear una piel a los edificios que con el tiempo vaya tomando carácter y refuerce el valor de la sostenibilidad.
ALUMINIO
De las propiedades del aluminio empleado en la construcción destacan: su ligereza, su resistencia a la corrosión, su excelente capacidad de carga con respecto a su peso, razón por la cual se usa extensivamente en la industria aeronáutica y cada vez más en la industria automotriz, y finalmente su facilidad para ser moldeado en prácticamente cualquier forma. Por lo que respecta a la construcción, es de interés destacar sus cualidades con respecto al acero de uso común, la Tabla 11.4 muestra algunas diferencias entre las propiedades mecánicas y físicas de ambos materiales.
La mayor aplicación del aluminio en la construcción consiste en los trabajos de cancelería, ventanas, marcos, puertas, barandales y rejas, sólo en el caso de estructuras especiales se ha empleado para sistemas de techado. El aluminio se puede soldar, especialmente si es aluminio de aleación, aunque es frecuente el ensamblaje a base de tornillería. El uso de láminas de aluminio es común en la fabricación de paneles aligerados con poliuretano, éste elemento se emplea en la prefabricación de casas y oficinas desmontables, en otros países se acostumbra fabricar hojas de lámina de aluminio para impermeabilizar techos en estructuras de madera.
Estadi o Ol ímpi co de Sevilla
Ubicado en Sevilla, España. Sus principales características son: - 8.000,00 m² Fachada simple acabado aluminio - 4.800,00 m² Fachada simple acabado acero - 1.000,00 m² Fachada panel de policarbonato prefabricado - 11.200,00 m² Cubierta simple acabado aluminio - 2.200,00 m² Falso techo acabado aluminio
F achada CURVA y RECTA
F achada CURVA y RECTA de Aluminio con Ventilación. Con tubo 4 x 4 [cm], Sistema “PIEL DE VIDRIO”.
Naves de apertura en material propio de Ventana Proyectable, con brazos regulables de Acero Inoxidable 10”, seguro de leva americano. Alu mini o: Color Br once oscuro; Cristal: Termoendurecido Cristazul Reflectivo de 6 [mm]. (Ubicación: Guapán Azogues)
HIERRO AMARILLO
La mayor parte del hierro se utiliza en formas sometidas a un tratamiento especial, como el hierro forjado, el hierro fundido y el acero. Comercialmente, el hierro puro se utiliza para obtener láminas metálicas galvanizadas y electroimanes. El hierro es un material estructural fundamental para la construcción de buques, equipos ferroviarios, puentes, automóviles, etc. Las planchas de hierro se recubren con otros materiales. Cuando está recubierto con zinc se le llama hierro galvanizado; cuando la capa protectora es de estaño se tiene la hojalata. En la fabricación de envases de hojalata las hojas de hierro laminado o chapa se decapan en un baño ácido y se les hace pasar atrevas de un estaño fundido, o se les somete a un proceso electrolito.
Cubierta curva a dos vertientes de Galvalume, sobre estructura metálica de hierro curva, tipo pórtico con cercha en acero delgado laminado al frío, canalones y bajantes. (Ubicación: Ferretería Latacela - Azogues)
FUENTE:
http://www.elconstructorcivil.com/2011/02/de-las-propiedades-delaluminio.html http://www.monografias.com/trabajos46/fracturas-mecanicas/fracturasmecanicas2.shtml
