Ensayo de Tension (Bronce y Aluminio)

1. INTRODUCCION

El estudio de los materiales es importante para el libre desarrollo de las actividades del ser humano, importante para la mayoria de las ramas de conocimiento. Conocer las propiedades de estos nos ayuda a aprovecharlas y adaptarlas lo mejor mejor posible a nuestras necesidades, a un mayor rendimiento, mas calidad y mejor utilizacion de recursos. Materiales como el bronce y el aluminio son muy importantes y frecuente frecuentess en nuestro nuestro estilo de vida, necesarios necesarios y escasos, muestran que a pesar de todo fallan y no son eternos; es importante conocer estos datos para evitar  errores o tragedias por falla de los mismos.

2. GENERALIDADES DE LOS MATERIALES MATERIALES DUCTILES

“La ductilidad, es la propiedad que presentan algunos metales y aleaciones cuando bajo la acción de una fuerza pueden estirarse sin romperse para obtener alambres o hilos” [ 1]. En otras palabras es cuando un metal, al aplicarsele una carga, se deforma, al principio elasticamente y luego plasticamente. Cuando se deforma elasticamente no sufre deformaciones, despues de que se dan los deslizamientos se deforma permanentemente con una carga mucho menor [ 2]. Es lo contrario a la fragilidad. Los diagramas de esfuerzo-deformacion esfuerzo-deformacion de materiales ductiles son tipicos. Se puede observar la deformacion elastica y luego la deformacion plastica.

Observamos que, en un momento dado, los esfuerzos disminuyen y producen una mayor  deformacion; esto se debe a que se da un “encuellamiento” o reduccion de area en cierto punto de la probeta. Tambien conocido como zona de estriccion [ 3]. Figura 1.2 Zona de estriccion

“La ductilidad de un metal se valora de forma indirecta a traves de la resiliencia” [ 4]. 3. CARACTERISTICAS DEL BRONCE Y EL ALUMINIO 3.1 El bronce

Fue la primera aleacion fabricada voluntariamente por el ser humano. humano. Esta aleaci aleacion on consis consiste te en una base de cobre aleada con estaño, aunque tambien se añaden otros metales [ 5].

Figura 3.1 Bronce

Es uno de los mas duros, de textura lisa y color  marron. No es tan brillante y se obtiene por  fundicion [ 6]. Esta Esta compue compuesto sto basica basicamen mente te por cobre cobre y estaño estaño.. Tambien se le añade zinc, antimonio, plomo, aluminio, niquel, hierro, manganeso, silicio, fosforo, entre otros [ 7]. Tiene una densidad de 8.70-8.88 g/cc a temperatura ambiente [ 8]. Figura 1.1 Diagramas esfuerzo deformacion

Se usa para la fabricacion de baterias electricas, de monedas, de engranajes, de cojinetes, de campanas, de telas metalicas, de enrejados para filtros y tamices, de tubos y de llaves. Tambien en el arte [ 9].

3.2 El aluminio Es un material muy abundante en la corteza terrestre, llegando a conformar un 7.85% de esta. Es muy ligero, tenaz, ductil y maleable. Tiene textura lisa. Se obtiene por electrolisis de una mezcla de criolita y bauxita fundidas en un horno electrico. Tiene una densidad de 2.3-2.7 g/cc a temperatura ambiente [10].

Figura 4.2 Probetas bronce frontal

Figura 3.2 Aluminio

Se usa en el transporte para la industrial aeroespacial y para la fabricacion de automoviles. Tambien se usa para envase y embalaje, para la construccion y para la elaboracion de materiales electricos. Es indefinidamente reciclable sin perdida de calidad [ 11].

Figura 4.3 Probetas bronce lateral

4.2 Probeta para el aluminio Las dimensiones de la probeta fueron: un cilindro recto de 300 mm de longitud y 22.2 mm de diametro.

4. PROBETAS

Se utilizaron: para el ensayo de bronce 2 probetas, una con 80% Cu y 20% Sn, y otra con 95%Cu y 5%Sn; para el ensayo de aluminio se uso una sola probeta. 4.1 Probeta para el bronce Las dimensiones para las probetas fueron:

Figura 4.4 Probeta aluminio frontal

Figura 4.1 Dimensiones de la probeta

G - longitud calibrada: 50.0 ± 0.2 [mm] W - ancho: 12.5 ± 2.0 [mm] T - espesor: 1.5 ± [mm] R - radio del filete, min.: 12.5 [mm] L - longitud total, min.: 200 [mm] A - longitud de la sección reducida, min.: 57 [mm] B - longitud de la sección de agarre, min.: 50 [mm] C - ancho de la sección de agarre, aprox.: 20 [mm]

Figura 4.5 Probeta aluminio ancho

5. NORMA

Para el ensayo de bronce y aluminio se uso la norma ASTM E8/E8M-09.

6. DESCRIPCION DEL EQUIPO

PRACTICA

El ensayo fue realizado en el edificio de “Caracterizacion de materiales” de la universidad industrial de santander. La maquina utilizada fue una MTS 810 Material Test System. Esta sirve para hacer  multiples ensayos: tension, compresion, fatiga, fractura mecanica y durabilidad de los materiales. Posee un sistema variado de cargas controladas y diferentes grados de flujo en el servo-valvula. Tiene una capacidad desde 25kN hasta 500 kN.

Los datos obtenidos durante la practica son: la carga aplicada y el alargamiento producido.

C arg a kN

D e s p la z a m ien to mm

0 .3 5 5 6 2 4 1 7

0 .0 3 1 2 3 8 8 0 4

6 .4 9 2 4 8 2 2

1 .702 42 43

6 .7 2 3 2 0 3 7

3 .370 93 11

6 .9 3 0 0 6 5 2

5 .039 96 66

7 .0 4 5 2 1 0 4

6 .707 71 12

7 .2 5 7 7 3 1 4

8 .376 36 47

7 .3 5 1 6 4 7 9

1 0.04 46 29

7 .4 5 9 0 7 1 2

1 1.71 21 62

7 .5 7 2 3 1 8 6

1 3.38 11 79

7 .6 6 8 4 1 9 4

1 5.04 86 78

7 .7 3 9 6 7 2 2

1 6.71 69 34

7 .8 2 3 3 9 1 9

1 8.38 58 15

7 .8 1 1 1 4 9 6

2 0.05 32 99

7 .8 7 7 7 0 8 9

2 1.72 19 91

7 .8 0 4 2 3 1 6

2 3.39 02 02

8.1 Para el bronce Figura 6.1 Maquina MTS 810

Tabla 8.1 Carga/desplazamiento en bronce

7. DESCRIPCION DEL PROCEDIMEINTO

Se fabrican las probetas según la descripcion de la norma. Se realiza el ensayo: se instalan en la maquina, se determina la velocidad de aplicación de la carga y se inicia el ensayo. Todo el procedimiento es controlado por una computadora que tiene un software instalado, el cual, ademas, mide los datos de carga y alargamiento, y, al final, los arroja en una tabla de excel y los grafica. Con los datos obtenido se hace el respectivo analisis.

9 8 7 N 6 k a 5 zr e uf 4 -

a gr 3 a C

2 1 0 0

5

10

15

20

25

30

Desplazamiento mm

Grafica 8.1 Carga/desplazamiento en bronce Figura 7.1 Adecuacion de la probeta en la maquina

8. DATOS OBTENIDOS DURANTE LA

Longitug inicial: 85 mm Area inicial: 18 mm²

Velocidad de aplicacion la carga: 0.35 kN a 3 mm/s

90

8.2 Para el aluminio

80

Carga kN

Desplazamiento mm

2.0715508

0.033697393

59.770813

0.8545925

66.865364

1.6703491

69.925468

2.4874554

72.146225

3.305639

74.224663

4.1214142

75.969475

4.9378066

77.036522

5.7550197

78.414291

6.5716043

79.405678

7.389267

79.752045

8.2045813

80.768723

9.0225019

81.308975

9.8401585

81.721466

10.655953

82.028542

11.472112

82.249763

12.289081

82.370895

13.105886

82.424675

13.922939

82.254517

14.739684

81.907181

15.557863

80.151581

17.188528

78.668846

18.006937

76.782875

18.823822

74.571762

19.639475

Esfuerzo

Deformacion

71.899399

20.457977

65.217812

21.275085

Mpa

mm/mm

0.0197568983

0.0003675153

0.3606934556

0.0200285212

0.3735113167 0.3850036222

0.0396580129 0.0592937247

0.3914005778 0.4032073

0.0789142494 0.0985454671

0.4084248833 0.4143928444

0.1181721059 0.1377901412

0.4206843667

0.1574256353

0.4260233

0.1770432706

0.4299817889 0.4346328833

0.1966698118 0.2163037059

0.4339527556

0.2359211647

0.4376504944 0.4335684222

0.2555528353 0.2751788471

Tabla 8.2 Carga/desplazamiento en aluminio

70 N 60 k a 50 zr e uf 40 -

a gr 30 a C

20 10 0 0

5

10

15

20

25

Desplazamiento mm

Grafica 8.2 Carga/desplazamiento en aluminio Longitug inicial: 300 mm Area inicial: 387 mm² Velocidad de aplicacion la carga: 50 ton a 1.7 mm/s 9. ANALISIS DE RESULTADOS 9.1 Para el bronce

Tabla 9.1 Esfuerzo/deformacion en bronce

0.5

0.4

0.45 0.35

0.4

0.3

0.35 P M

a

0.3

0.25

o 0.25

rz e 0.2 uf s E 0.15

0.2 0.15

0.1

0.1

0.05 0.05

0 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0

Deformacion mm

0

Grafica 9.1 Esfuerzo/deformacion en bronce

0

0

0

Grafica 9.3 Corte para hallar el Sy

en bronce

Deformacion en el Sy: 0.0019 mm/mm Modulo de resistencia: 0.00012 MPa

0.5 0.45 0.4 a

0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01

Esfuerzo en el Sy: 0.1329 MPa

Longitud final: 85.3986 mm Modulo de young: 53.198 Mpa Esfuerzo maximo: 0.434 Mpa Esfuerzo en la ruptura: 0.3986 Mpa % de elongacion: 28.38 %

P M

0

9.2 Para el aluminio

0.35 0.3

o 0.25 zr 0.2 e uf s 0.15 E

0.1

0.05 0 0

100

200

300

400

500

600

700

Deformacion mm/mm Grafica 9.2 Sy para la grafica esfuerzo/deformacion en

bronce

800

Esfuerzo Mpa 0.111881 3.42801 3.8349 4.01041 4.13777 4.25698 4.35705 4.41825 4.49726 4.55412 4.57399 4.6323 4.66328 4.68694 4.70455 4.71724 4.72419 4.72727 4.71751 4.69759 4.5969 4.51186 4.4037 4.27688 4.12362 3.74041

Deformacion mm 0.00029302 0.007431239 0.014524775 0.021630047 0.028744687 0.035838384 0.042937449 0.05004365 0.057144385 0.064254496 0.071344185 0.078456538 0.085566596 0.092660461 0.099757496 0.106861574 0.113964226 0.121069035 0.128171165 0.135285765 0.149465461 0.156582061 0.163685409 0.170778044 0.177895452 0.185000739

Modulo de young: 461.3 Mpa Esfuerzo maximo: 4.727 Mpa Esfuerzo en la ruptura: 3.74 Mpa

% de elongacion: 8 % % de reduccion de area: 45.48 % 5 4.5 4 a P M

3.5 3

o 2.5 zr e 2 uf s 1.5 E

1 0.5 0 0

Tabla 9.2 Esfuerzo/deformacion en aluminio 5

15

20

25

30

Deformacion mm

4.5

4

4

3.5 P M

10

Grafica 9.5 Sy para la grafica esfuerzo/deformacion en aluminio

4.5

a

5

3.5

3

3 a P M 2.5

o 2.5 zr e 2 uf s E 1.5

o zr 2 e uf s 1.5 E

1

1

0.5 0.5 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

Deformacion mm/mm

Grafica 9.4 Esfuerzo/deformacion en aluminio Longitud final: 324 mm Area final: 211 mm²

0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Deformacion mm Grafica 9.6 Corte para hallar el Sy

en aluminio

Esfuerzo en el Sy: 3.17 MPa Deformacion en el Sy: 0.0065 mm/mm

4.5

Modulo de resistencia: 0.0103 Mpa 11. APARIENCIA DE LAS PROBETAS DESPUES DE LA FRACTURA 11.1 Para el bronce

de carga que puede soportar esta, por lo tanto los esfuerzos en el ensayo del bronce son mucho menores que en el del aluminio. El porcentaje de elongacion del bronce debe ser  menor a 65% y su resistencia a la tracción debe estar  entre los 5,4 y 10,8 KN [12]. Según lo obtenido en la practica, el porcentaje de elongacion fue de 28,38% y su resistencia de 7.92 kN, datos que se encuentran dentro de los establecidos.

12. REFERENCIAS 12.1 Referencias de libros

[3] ASKELAND, Donald R. Ciencia de los materiales, tercera edicion; International Thomson Editores, pp 134-135. 12.2 Referencias en Internet

[1] Ductilidad. Disponible en: http://enciclopedia.us. es/index.php/Ductilidad [citado el 26 febrero del 2011]. de [2] Diagrama esfuerzo-deformacion. Disponible en: http://www.angelfire.com/pro2/resmat/U02/ 01diagramaesfuerzo/diaesf.htm [Citado el 11.2 Para el aluminio 26 de febrero del 2011]. [4] Ductilidad. Disponible en: http://enciclopedia.us. es/index.php/Ductilidad [citado el 26 de febrero del 2011]. [5] Aleacion cobre-estaño (Cu + Sn): Bronce. Disponible en: https://www.codelcoeduca.cl /cobre/ aleaciones/t-bronce.html [Citado el 26 de febrero del 2011]. Figura 11.2 Probeta de aluminio despues de laa fractura [6] Bronce. Disponible en: http://redescolar.ilce.edu. mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/ bronce.htm [Citado el 26 de febrero del 10. COMPARACION DE RESULTADOS 2011]. Bro n ce Alu m in io [7] Bronce. Disponible en: http://redescolar.ilce.edu. mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/ 0.434 4. 727 E s f u er z o M a x i m a M p a bronce.htm [Citado el 26 de febrero del Esfuerzo ruptura Mp a 0.39 86 3.74 2011]. E s f u e rz o S y M p a 0.13 29 3.17 [8] Bronce. Disponible en: http://redescolar.ilce.edu. D e fo r m a c i o n S y m m / m m 0.00 19 0 .006 5 mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/ % e l o n g a c io n 28.38 8 bronce.htm [Citado el 26 de febrero del 2011]. [9] Aleacion cobre-estaño (Cu + Sn): Bronce. 11. DISCUCION DE RESULTADOS Disponible en: https://www.codelcoeduca.cl /cobre/ aleaciones/t-bronce.html [Citado el Se observa que el modulo de elasticidad del aluminio 26 de febrero del 2011] es mucho menor que el del bronce, lo cual indica que [10] Aluminio. Disponible en: http://redescolar.ilce. el bronce es mucho mas ductil que el aluminio. edu.mx/redescolar/publicaciones/publi_  Tambien el area de la probeta influye en la cantidad Figura 11.1 Probeta de bronce despues de la fractura

rocas/aluminio.htm [Citado el 27 de febrero del 2011]. [11] El aluminio. Disponible en: http://www.aim.es/ publicaciones/bol2/16_Aluminio.pdf  [Citado el 27 de febrero del 2011]. 12.3 Referencias en revistas

[12] C.J Jimenez, L.C Uribe y J. Arenas. “Ensayo de traccion”, Ensayos de ciencia de los materiales grupo J1, Febrero 2011, p. 6.

13. AGRADECIMIENTOS

Agradecemos a la docente Clara López por toda la asesoria y disposicion a la hora de realizar el proyecto, el cual despierta nuestra parte cientifica impulsandonos a ir mas alla. Igualmente para el técnico Jaime Alberto Cadena por su disposición e informacion dada en la práctica de traccion. Tambien a aquello compañeros del grupo J1 de “Ciencia de los materiales” que estuvieron siempre dispuestos a colaborar durante el desarrollo de este proyecto. 14. CURRICULUM