Ensayo de Torsion

 

 

FACULTAD DE INGENIERIAS INGENIERIA MECANICA

ENSAYO DE TORSIÓN

Nombre: Gilber Palacios Jorge Imbaquingo Curso: QUINTO GRUPO 2 RESISTENCIA DE MATERIALES ING. WILLIAM DÍAZ

 

 

Título: Ensayo de Torsión 1. 

OBJETIVO GENERAL.

Determinar el esfuerzo en la fluencia, el esfuerzo último y el acortamiento porcentual 1.1. 

OBJETIVOS ESPECÍFIC ESPECÍFICOS. OS.

 

Determinar los valores de esfuerzos en la fluencia, esfuerzo último y acortamiento porcentual en la ruptura.

 

2. 

Observar la forma de falla de las probetas.

MARCO TEÓRICO.

La compresión es una presión una presión que tiende a causar una reducción de volumen. de volumen. Cuando  Cuando se somete un material a una fuerza de flexión, cizalladura o torsión, actúan simultáneamente fuerzas de tensión y de compresión. La plastodeformación es una deformación permanente gradual causada por una fuerza continuada sobre un material. Los materiales sometidos a altas temperaturas son especialmente vulnerables a esta deformación. En muchos casos, esta deformación lenta cesa porque la fuerza que la produce desaparece a causa c ausa de la propia deformación. Cuando la plastodeformación se prolonga durante durante mucho  mucho tiempo, el tiempo, el material acaba rompiéndose. rompiéndose. La fatiga puede definirse como una fractura progresiva. Se produce cuando una pieza mecánica está sometida a un esfuerzo repetido o cíclico, por ejemplo una vibración. Aunque el esfuerzo máximo nunca supere el límite elástico, el material puede romperse incluso después de poco tiempo. En la fatiga no se observa ninguna deformación aparente,  pero se desarrollan pequeñas grietas localizadas que se propagan por el material hasta que que la superficie eficaz que queda no puede aguantar el esfuerzo máximo de la fuerza cíclica. El conocimiento del esfuerzo de tensión, los límites elásticos y la resistencia de los materiales a la plastodeformación y la fatiga son extremadamente importantes en ingeniería.

3. 

MATERIAL Y EQUIPOS.

 

 

 

Probetas de distintos materiales.

 

Máquina de ensayos Universal con los accesorios de compresión.

 

Calibrador.

 

Manómetro.

3.1. 

Preparación Preparac ión de la probeta

Las probetas son tres materiales distintos de acero, para este caso: acero de transmisión, acero A-36 y aluminio prodax, según medidas indicadas.

4. 

PROCEDIMIENTO.  

Colocar los accesorios para compresión en la máquina universal.

 

Colocar correctamente la probeta de acero en la máquina.

Accionar la máquina hasta que la probeta quede ajustada.   Ingresar los datos de la probeta y el ensayo en el sistema de la computadora.  

 

Iniciar el ensayo y correr el programa.

 

Grabar los reportes del sistema.

4.1 Hoja de datos. Colocar los datos iniciales de todas las probetas: Material, diámetro, longitud.

5. 

INFORME. 5.1.  Obtener

el módulo de elasticidad de los diferentes tipos de acero.

5.1.  Obtener

el módulo de elasticidad de los diferentes tipos de acero.

Analizar y acotar las diferencias entre las curvas de un ensayo de compresión con uno de tracción Analizar y acotar las diferencias entre las curvas de un ensayo de compresión con uno de tracción. .

 

 

5.2. 

Consultar las propiedades mecánicas de llos os materiales ensayados, acero,

aluminio, etc. Propiedadess del acero Propiedade Según la norma UNE EN 10020:2001 define al acero como aquel material en el que el hierro es el elemento predominante, el contenido en carbono es, generalmente inferior al 2% y contiene además a otros elementos. El límite superior del 2% en el contenido de carbono (C) es el límite que separa al acero de la fundición. En general, un aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, pero como contrapartida incrementa su fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. En función de este porcentaje, los aceros se pueden clasificar de la siguiente manera:

 

 

- 

Aceros dulce: Cuando el porcentaje de carbono es del 0,25% máximo.

Estos aceros tienen una resistencia última de rotura en el rango de 48-55 kg/mm2 y una dureza Brinell en el entorno de 135-160 HB. Son aceros que  presentan una buena soldabilidad aplicando la técnica adecuada. Aplicaciones: Piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes, etc.

- 

Aceros semidulce: El porcentaje de carbono está en el entorno del 0,35%.

Tiene una resistencia última a la rotura de 55-62 kg/mm 2 y una dureza Brinell de 150-170 HB. Estos aceros bajo un tratamiento térmico por templado t emplado pueden alcanzar una resistencia mecánica de hasta 80 kg/mm 2 y una dureza de 215-245 215-245 HB. Aplicaciones: Ejes, elementos de maquinaria, piezas resistentes y tenaces,  pernos, tornillos, herrajes.

- 

Aceros semiduro: Si el porcentaje de carbono es del 0,45%. Tienen una

resistencia a la rotura de 62-70 kg/mm2 y una dureza de 280 HB. Después de someterlos a un tratamiento de templado su resistencia mecánica puede aumentar hasta alcanzar los 90 kg/mm2. Aplicaciones: Ejes y elementos de máquinas, piezas bastante resistentes, cilindros de motores de explosión, transmisiones, etc.

- 

Aceros duro: El porcentaje de carbono es del 0,55%. Tienen una

resistencia mecánica de 70-75 kg/mm2, y una dureza Brinell de 200-220 HB. Bajo un tratamiento de templado estos aceros pueden alcanzar un valor de resistencia de 100 kg/mm2 y una dureza de 275-300 HB. HB.

 

 

Aplicaciones: Ejes, transmisiones, tensores y piezas regularmente cargadas y de espesores no muy elevados.

 

 

Propiedades mecánicas 5.2.1- Resistencia mecánica Las características mecánicas del aluminio varían considerablemente dependiendo del tipo de aleación que se esté considerando. En la siguiente tabla se muestran los valores de la carga de rotura (N/mm 2), el límite elástico (N/mm2), el alargamiento en la rotura (en %) y la dureza Brinell  para las aleaciones de aluminio más comunes:

Tabla 2. Carga de rotura, límite elástico, alargamiento y dureza de las aleaciones de aluminio

 

 

En la siguiente figura ilustrativa se muestra cómo varía el límite elástico, que es la tensión para la cual se alcanza una deformación del 0,2% en la pieza ensayada según el ensayo de tracción. Los resultados se muestran para las diferentes aleaciones de aluminio:

Figura 2. Límite elástico (N/mm 2) de las aleaciones de aluminio

En esta otra figura se muestra la variación de la carga de rotura en el ensayo de tracción para cada tipo de aleación:

 

 

Figura 3. Carga de rotura (N/mm2) de las aleaciones de aluminio

Por otro lado, la resistencia a cizallamiento ciz allamiento es un valor importante a tener en cuenta para calcular la fuerza necesaria para el corte, así como para determinadas construcciones. No existen valores normalizados a este respecto,  pero generalmente es un valor que está entre el 55 y 80 % de la resistencia resis tencia a la tracción. Por último, en la siguiente tabla se muestran los valores del alargamiento de la pieza que se alcanza en el ensayo de tracción, justo antes de producirse la rotura de la pieza:

Figura 4. Alargamiento en el ensayo de tracción para las aleaciones de aluminio

5.2.2- Módulo de elasticidad longitudinal o Módulo de Young El módulo de elasticidad longitudinal o módulo de Young ( E ) relaciona la tensión aplicada a una pieza según una dirección con la deformación originada

 

 

en esa misma dirección, y siempre considerando un comportamiento elástico en la pieza. Para las aleaciones de aluminio, el módulo de elasticidad longitudinal,  E , tiene el siguiente valor:  E= 70.000

MPa (70.000  N/mm2)

5.2.3- Módulo de elasticidad transversa transversall El módulo de elasticidad transversal, módulo de cortante o también llamado módulo de cizalla,

G,

para la mayoría de los materiales, y en concreto para los

materiales isótropos, guarda una relación fija con el módulo de elasticidad longitudinal ( E   E ) y el coeficiente de Poisson ( ν), según la siguiente expresión:  E G

= 2x

( 1 + ν )  ) 

En la siguiente tabla se indica los valores para el Módulo de elasticidad transversal, G, para distintos materiales, además de para el aluminio:

Material

G

(MPa)

Acero

81.000

Aluminio

26.300

Bronce

41.000

Cobre

42.500

Fundición Gris (4.5 %C)

41.000

Hierro Colado

< 65.000

Hierro Forjado

73.000

Latón

39.200

 

 

Tabla 3. Módulo de elasticidad transversal,

G

5.2.4- Coeficiente de Poisson El coeficiente de Poisson (ν) corresponde a la razón entre la elongación longitudinal y la deformación transversal en el ensayo de tracción. Alternativamente el coeficiente de Poisson puede calcularse a partir de los módulos de elasticidad longitudinal y transversal, según la expresión siguiente:  E ν

=  —————  

 

1

2xG

Para el aluminio aleado, toma el siguiente valor: ν

= 0,33

Como en el caso anterior, las la s expresiones arriba indicadas del coeficiente de de Poisson, n, son valores constantes siempre dentro del rango de comportamiento elástico del aluminio.

5.2.5- Dureza Brinell La dureza es una propiedad que mide la capacidad de resistencia que ofrecen ofrec en los materiales a procesos de abrasión, desgaste, penetración o de rallado. Para medir la dureza de un material se emplea un tipo de ensayo consistente en calibrar la resistencia de d e un material a la penetración de un punzón o una cuchilla que se usa como indentador. Este indentador usualmente consta en su extremo, o bien de una esfera, o bien de una pieza en forma de pirámide, o en forma de cono y que está compuesto de un material mucho más duro que el material que se está midiendo. La profundidad de la entalla que se produce en el material al ser rallado por este penetrador nos dará una medida de su dureza.

 

 

Existen varios métodos para calibrar la dureza de un material, siendo el método Brinell y el método Rockwell los más comunes.

El método Brinell (ASTM E10) es un tipo de ensayo utilizado para calcular la dureza de los materiales. Consiste en una esfera de 10 mm de diámetro, usualmente de un acero endurecido, que se presiona contra la superficie del material objeto de estudio bajo una carga estática de 3.000 kg. El tamaño de la huella nos proporcionará una medida de la dureza, denominada dureza Brinell,  bajo estas condiciones del ensayo. En la siguiente tabla se muestran los valores de dureza Brinell que alcanzan las distintas aleaciones de aluminio, junto con los datos de la carga de rotura (N/mm2), el límite elástico (N/mm2) y el alargamiento en la rotura (en %):

 

 

Tabla 2. Carga de rotura, límite elástico, alargamiento y dureza de las aleaciones de aluminio

En la siguiente figura se muestra cómo varía la dureza Brinell para las distintas aleaciones de aluminio:

Figura 5. Dureza Brinell (HB) para las aleaciones aleaci ones de aluminio

5.3 Consultar los tipos de falla que se presentan en el acero y aluminio debido a la compresión. Como resultado de la triaxialidad de tensiones producida por la estricción, se alcanza una situación en la que las pequeñas inclusiones no metálicas que contiene el material en la zona estringida o bien se fracturan o bien se decohesionan de la matriz metálica produciendo microhuecos que crecen gradualmente al ir  progresando la deformación plástica, hasta coalescer. De este modo se g genera enera una fisura interna plana en forma de disco orientada normalmente a la dirección del esfuerzo aplicado. Finalmente, la rotura se completa por corte a lo largo de una

 

 

superficie cónica orientada a unos 45º del eje de tracción, dando origen a la clásica fractura copa y cono que se ilustra en la Fig. (a).

La producción de la rotura a lo largo de la superficie cónica tiene su origen en el hecho que a medida que el vértice de la fisura plana en forma de disco ssee acerca a la superficie de la barra, se pierde triaxialidad de tensiones porque la tensión normal a la superficie libre es nula. Por lo tanto, la constricción plástica disminuye y consecuentemente las tensiones de corte a 45º del eje se tornan preponderantes, lo que conduce a la rotura plástica a lo largo de tales planos.

Si el material es frágil, o mediante una entalla superficial se induce un estado de triaxialidad superficial, tiende a suprimirse la zona cónica y se obtiene entonces una fractura plana como puede verse en la Fig. (b).

5.4 Conclusiones y recomendaciones. recomendaciones.   Después de realizar la práctica se pudo deducir que el acero y el aluminio



se fractura a distinto torque dependiendo del tipo de acero a usarse en la  práctica.

  Se llegó a la conclusión que el acero al momento de realizar torque se



 puede lograr una fractura horizontalmente si se le aplica un mayor torque dependiendo del material .

 

 

  El acero es capaz de resistir tanto a esfuerzo de torque , tiene una alta masa,



densidad y resistencia mecánica al resto de materiales usados en la  práctica.

  De los diagramas obtenidos esfuerzos vs deformaciones se puede



encontrar algunas de sus propiedades mecánicas del material mater ial y además nos  permite ver el comportamiento del material cuando es sometido a fuerzas de compresión.

Recomendaciones:   Se debe colocar bien los sujetadores que se pone en la probeta de acero



 para tener una buena apreciación en el torque.

  Se debe tener un buen manejo y conocimiento de las unidades de medida



q se maneja del torque para obtener las medidas más correctas al momento momento de dar presión a la probeta.

  Durante la aplicación del torque estar atentos al momento de la fractura



 por lo que la presión ya ya comenzará a declinarse y no se podrá o obtener btener una lectura clara de la última medida de presión que se realizó.

 

 

6. 

ANEXOS. (PLANOS, FOTOS, ETC)

 

 

7. 

BIBLIOGRAFÍA.

  Zanni, E. (2008). Patología del acero . Editorial Brujas. Lambertucci.. (2001). Clima Y Arquitectura, Estructura. 2001.   Riondet y Lambertucci



 



 

Aplicación De La Mecánica De Materi Materiales ales en el   Dr. Ing. Luis A. Godoy. (2010). Aplicación



acero . Universidad Nacional De Córdoba.

 

  Martitegui, F. A. (2006). Estructuras metálicas metál icas : diseño dis eño y cálculo. bogota: reverte



s.a