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Ensayo de torsión para acero 1020 David Andrés Sepúlveda Garcia-20091015033; Juan Manuel Barbosa-20092015000; Daniel Romero-20101015000; Manuel Alejandro Muñoz-20092015000 Universidad Distrital Francisco José de Caldas Ingeniería Industrial- Mecánica Aplicada [email protected] Correo2 Correo3 Correo4

Resumen Este informe reseña la realización de un ensayo de torsión para una probeta de acero 1020. En esta práctica determinaremos por medio de la ruptura del material algunas de sus características y en base a eso haremos el análisis que corresponda para establecer y comparar la ductilidad del material. Para la realización de esta práctica es importante tener en cuenta las dimensiones de la probeta como el radio de la sección transversal y el momento polar de inercia, lo cual determinaremos en el desarrollo del ensayo.

Abstract This report summarizes the testing of torque for a 1020 steel coupon. In this practice determine the break through of the material and some of their characteristics based on the analysis that will correspond to establish and compare the ductility of the material. For the realization of this practice is important to note the specimen dimensions as the cross section radius and the polar moment of inertia, which determine in the assay development.

1. Introducción Los ensayos de resistencias de materiales son de vital importancia para la determinación de diferentes características de los materiales en prueba y para la realización de diferentes controles de calidad. La prueba de torsión, en particular pretende establecer hasta que cantidad de fuerza circular se puede aplicar al material sin que llegue a pasar la zona de fluencia, puesto que después de allí, este perderá su forma original.

2. Marco Teórico 2.1. Torsión La torsión en si se refiere a un desplazamiento circular de una determinada sección transversal de un elemento cuando se aplica sobre este un momento torsión o una fuerza que produce un momento torsión alrededor del eje. Con este Ensayo de mecánica pretendemos establecer los esfuerzos a los que está sometido un Acero en la prueba de Torsión, este ensayo 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, entre otros. La torsión se puede medir observando la deformación que produce un momento torsión determinado. Por ejemplo, se fija un objeto cilíndrico de longitud determinada por un extremo, y se aplica un par de fuerzas al otro extremo; la cantidad de vueltas que de un extremo con respecto al otro es una medida de torsión. Lo materiales empleados en ingeniería maquinas rotatorias, como los cigüeñales y arboles motores deben resistir las tensiones de torsión que les aplican las cargas que mueven. La deformación plástica alcanzable con este tipo de ensayos es mucho mayor que en los de tracción, (estricción) o en los de compresión. De esta manera en nuestro ensayo analizaremos las principales características que tiene la Torsión, a través de la recolección de datos y la graficación de los mismos.

torsión es un mecanismo en que se deforma una muestra aplicándole un par torsor. La deformación plástica alcanzable con este tipo de ensayos es mucho mayor que en los de tracción (estricción) o en los de compresión (abarrotamiento, aumento de sección). Los efectos de la aplicación de una carga de torsión a una barra son: producir un desplazamiento angular de la sección de un extremo respecto al otro y originar tensiones cortantes en cualquier sección de la barra perpendicular a su eje. A veces, a lo largo de un eje actúan una serie de pares. En este caso, es conveniente introducir un nuevo concepto, el momento torsor, que se define para cada sección de la barra, como la suma algebraica de los momentos de los pares aplicados, situados a un lado de la sección considerada. Naturalmente, la elección de lado es arbitraria en cada caso.

Ilustración 2- Maquina de ensayos de torsión. Universidad Distrital.

2.3. Objetivos de la prueba de torsión

Ilustración 1- Representación de una fuerza de torsión sobre un cilindro.

2.2. Ensayo de Torsión El ensayo de torsión consiste en aplicar un par torsor a una probeta por medio de un dispositivo de carga y medir el ángulo de torsión resultante en el extremo de la probeta. Este ensayo se realiza en el rango de comportamiento linealmente elástico del material. Una barra sujeta en un extremo y sometida en el otro a un par T (=Fd) aplicado en un plano perpendicular al eje. Se dice que esa barra está sometida a torsión. El ensayo de

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Analizar el comportamiento de los materiales mecánicos al ser sometidos a un esfuerzo cortante o de torsión. Reconocer e identificar de manera práctica las distintas propiedades mecánicas de los materiales sometidos a esfuerzo de torsión. reconocer y diferenciar los estados de zona elástica y zona plástica de los metales para dicho esfuerzo. Medir la resistencia a fluencia o esfuerzo de fluencia de los materiales utilizados en la probeta.

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Analizar como es el comportamiento de las secciones transversales en la prueba y determinar el tipo de ruptura que se presenta en dicho ensayo.

3. Desarrollo de la práctica. 3.1. Mediciones previas.  Para comenzar medimos las dimensiones de la probeta. Este fue:

 Posteriormente trazamos una línea recta a lo largo de la probeta para observar la deformación ocurrida por el ensayo.  Después de esto, la probeta fue asegurada a las copas de la máquina de torsión, la cual ejerce la fuerza que al final terminara fracturando la probeta.

Ilustración 3- Probeta con linea trazada, fija a la maquina de ensayos.

 La máquina de ensayos nos arroja los datos de las revoluciones vs el torque, teniendo en cuenta el factor de conversión 1 rev= 0.3º de deformación, podremos establecer los grados de deformación de la probeta. Los datos arrojados fueron los siguientes:

Revoluciones Torque(N*m) 10 0 20 0 30 0.2 40 1.1 50 2.2 60 3.9 70 6.8 80 10.7 90 14.8 100 17.6 110 20 120 20.9 130 21.5 140 21.9 150 22 160 22 170 22.2 180 22.2 190 22.2 200 22 225 21.9 250 22 275 22.3 300 22 325 21.9 350 22 375 22 400 22 450 21.9 500 21.9 550 22 600 22.1 650 22 700 22 750 22 800 21.9 850 22 900 22 950 22 1000 22 1100 22.1 1200 22.2 1300 22 1400 22.2

Grados 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 67,5 75 82,5 90 97,5 105 112,5 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 330 360 390 420

1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000

22.1 22.2 22.2 22.2 22.1 22.2 22.1 22.3 22.3 22 22.1 22.2 22.2 22.2 22.4 22.3

450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 750 780 810 840 870 900

Momento torsor vs angulo de torsion 25 20 15 10 5 0 0 -5

500

1000

1500

3100 3200 3300 3400 3500 3600 3700 3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400

22.2 22.3 22.4 22.5 22.5 22.6 22.7 22.6 22.8 22.8 22.8 22.9 23 0

930 960 990 1020 1050 1080 1110 1140 1170 1200 1230 1260 1290 1320