Informe 2 Ensayo de Traccion

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Laboratorio de Ciencia De Los Materiales

INFORME Nº 1

ENSAYOS DE DUREZA

Curso: Ciencia De Los Materiales // MC112-E

Profesor: Ing. Zamora Ramos Luciano

Integrantes: 

Corzo Matamoros, Jimmy Dangelo

20090188I



Julio Alexander Atao Enríquez

20061029C



García Rodríguez Jensen Ernesto

20091107B

2011-I

ENSAYO DE DUREZA Laboratorio de Ciencia de los Materiales

INDICE OBJETIVOS ................................................................................................................................................3 FUNDAMENTO TEÓRICO ........................................................................... Error! Bookmark not defined. DUREZA ROCKWELL............................................................................... Error! Bookmark not defined. DUREZA BRINELL ................................................................................... Error! Bookmark not defined. DUREZA VICKERS ................................................................................... Error! Bookmark not defined. DUREZA SHORE ..................................................................................... Error! Bookmark not defined. DESCRIPCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS ................................. Error! Bookmark not defined. Equipo Rockwell: ................................................................................... Error! Bookmark not defined. Equipo Vickers: ...................................................................................... Error! Bookmark not defined. Equipo Shore: ........................................................................................ Error! Bookmark not defined. Durómetro Universal:............................................................................ Error! Bookmark not defined. DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO ..................................................................................................... 13 Método Rockwell (HRB/HRC): ............................................................... Error! Bookmark not defined. Método Vickers (HV): ............................................................................ Error! Bookmark not defined. DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO ............................................................................................. 15 En el Equipo Rockwell: .......................................................................... Error! Bookmark not defined. En el Equipo Universal:.......................................................................... Error! Bookmark not defined. En el Equipo Vickers: ............................................................................. Error! Bookmark not defined. CÁLCULOS Y RESULTADOS ......................................................................... Error! Bookmark not defined. En el Método Rockwell:......................................................................... Error! Bookmark not defined. Resultados ......................................................................................... Error! Bookmark not defined. En el Método Vickers: ........................................................................... Error! Bookmark not defined. Resultados ......................................................................................... Error! Bookmark not defined. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................................................ 29 CUESTIONARIO ...................................................................................................................................... 31 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................................ 32

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INTRODUCCIÓN El experimentar los distintos ensayos estudiados en clase, nos permite resolver dudas o comprender con mayor detalle cada concepto, fórmula e idea expuesto teóricamente. Es por eso que las demostraciones experimentales son de suma importancia en nuestro proceso de aprendizaje, sobre todo cuando se sigue la carrera de ingeniería. En relación a lo dicho anteriormente, este segundo informe trata sobre el ENSAYO DE TRACCIÓN, que es uno de los ensayos más empleados actualmente, que nos permite determinar la resistencia de un material al aplicar un esfuerzo de tracción hasta generarle una rotura. Asimismo, a través de este ensayo podremos observar como es el comportamiento de los distintos materiales que se utilizaron en la experiencia, y por supuesto cuales fueron las normas que se siguieron para llevar a cabo dichos ensayos. El propósito u objetivo de este trabajo consistirá en obtener la curva de esfuerzo y deformación unitaria de ingeniería y real para los materiales metálicos utilizados y por supuesto determinar la resistencia mecánica de los materiales a partir del ensayo de tracción. Haciendo uso del cálculo y los datos obtenidos en el laboratorio, será posible cumplir con lo mencionado anteriormente. Con mayor detalle y profundidad lo encontrará en el cuerpo de este informe, donde entrará a tallar las gráficas, cuadros y sobre todo las observaciones y conclusiones que surgirán de esta experiencia. Para concluir, esperamos que este informe llene todas sus expectativas y sobre todo que absuelva todas las dudas que lo puedan inquietar, ya que este trabajo se fundamenta en todo lo aprendido en clase.

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OBJETIVOS  El objetivo principal de esta práctica es la realización de una gráfica tensión deformación del material en particular (probeta).  A partir de este diagrama (gráfica hallada) obtendremos propiedades mecánicas del material como el límite elástico, la resistencia de tracción, el alargamiento de rotura y el módulo de elasticidad.  Estudiar el comportamiento de una muestra de diferentes materiales frente a la tracción.  Capacitar al alumno para identificar en el laboratorio las diferentes máquinas de ensayo universal. Entre ellas se puede identificar máquinas de accionamiento hidráulico y accionamiento a través de tornillos.  Capacitar al alumno en el ensayo normalizado de tracción según norma nacional proporcionada por el Instituto Nacional de Normalización (INN) y aplicación del Sistema Internacional de Unidades (SI) para expresar diversas magnitudes físicas.  Familiarizar al alumno con las definiciones básicas de la resistencia de los materiales tales como esfuerzos, elongación, deformación, diagrama de fuerza versus deformación, fractura en material frágil y fractura en material dúctil.  Determinar el esfuerzo o tensión de proporcionalidad, el límite elástico, el esfuerzo de fluencia, el esfuerzo máximo y el esfuerzo de ruptura a partir de la gráfica obtenida del ensayo, así como también obtener la curva CargaDeformación y las curvas de esfuerzo-deformación unitarios de ingeniería y real para distintos materiales metálicos.  El objetivo del ensayo de tracción es determinar aspectos importantes de la resistencia y alargamiento de materiales, que pueden servir para el control de calidad. Las especificaciones de los materiales y el cálculo de piezas sometidas a esfuerzos.  Determinar la resistencia mecánica de los materiales a partir del ensayo de tracción y hacer el análisis comparativo de las características de estos con los cuales se trabajó en el ensayo.

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FUNDAMENTO TEÓRICO El ensayo de tracción tiene por objetivo definir la resistencia elástica, resistencia última y plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas uniaxiales. Se requiere una máquina, prensa hidráulica por lo general, capaz de: a) Alcanzar la fuerza suficiente para producir la fractura de la probeta. b) Controlar la velocidad de aumento de fuerzas. c) Registrar las fuerzas “F” que se aplican y los alargamientos (ΔL), que se observan en la probeta. Un esquema de la máquina de ensayo de tracción se muestra en la Figura 1.

Figura 1: Máquina de Ensayo de Tracción.

La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada, las máquinas están conectadas a un ordenador que registra el desplazamiento y la carga leída. Si representamos la carga frente al desplazamiento obtendremos una curva como la mostrada en la figura 2.

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Figura 2: Fuerza vs. Alargamiento.

La probeta a ensayar se sujeta por sus extremos al cabezal móvil de la máquina de ensayos y a la célula de carga, respectivamente. Las mordazas se sujeción deben mantener firme a la muestra durante el ensayo, mientras se aplica la carga, impidiendo el deslizamiento. A su vez, no deben influir en el ensayo introduciendo tensiones que causen la rotura en los puntos de sujeción. Para que el ensayo se considere válido la rotura debe ocurrir dentro de la longitud calibrada, en la parte central de la probeta.

A partir de las dimensiones iniciales de la probeta, se transforman la fuerza en tensión y el alargamiento en deformación, que nos permite caracterizar las propiedades mecánicas que se derivan de este ensayo.

De tal forma que la curva típica sería de la forma Tensión vs. Deformación, tal y como se muestra en la figura 3.

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Figura 3: Curva típica de tracción hasta la fractura, punto U. Los insertos circulares representan la geometría de la probeta deformada en varios puntos de la curva.

La interpretación de la curva nos lleva 1. En la curva podemos distinguir dos regiones: - Zona elástica: La región a bajas deformaciones (hasta el punto P), donde se cumple la Ley de Hooke: σ = E ε (E = modulo elástico). - Zona plástica: A partir del punto P. Se pierde el comportamiento lineal, el valor de tensión para el cual esta transición ocurre, es decir, se pasa de deformación elástica a plástica, es el Límite de Elasticidad, σy, del material.

2. Después de iniciarse la deformación plástica, la tensión necesaria para continuar la deformación en los metales aumenta hasta un máximo, punto M, Resistencia a tracción (RT ó TS), y después disminuye hasta que finalmente se produce la fractura, punto F.7La

ENSAYO DE DUREZA Laboratorio de Ciencia de los Materiales Resistencia a Tracción es la tensión en el máximo del diagrama tensión-deformación nominales. Esto corresponde a la máxima tensión que puede ser soportada por una estructura a tracción; si esta tensión es aplicada y mantenida, se producirá la rotura. Hasta llegar a este punto, toda la deformación es uniforme en la región estrecha de la probeta. Sin embargo, cuando se alcanza la tensión máxima, se empieza a formar una disminución localizada en el área de la sección transversal en algún punto de la probeta, lo cual se denomina estricción, y toda la deformación subsiguiente está confinada en la estricción. La fractura ocurre en la estricción. La tensión de fractura o bien de rotura corresponde a la tensión en la fractura.

DEFORMACIÓN ELÁSTICA Definimos elasticidad como la propiedad de un material en virtud de la cual las deformaciones causadas por la aplicación de una fuerza desaparecen cuando cesa la acción de la fuerza. "Un cuerpo completamente elástico se concibe como uno de los que recobra completamente su forma y dimensiones originales al retirarse la carga". Ejemplo: caso de un resorte al cual le aplicamos una fuerza. El grado con que una estructura se deforma depende de la magnitud de la tensión impuesta. Para muchos metales sometidos

a

esfuerzos

de

tracción

pequeños, la tensión y la deformación son proporcionales según la relación: Esta relación se conoce con el nombre de ley de Hooke, y la constante de proporcionalidad, E (MPa) es el módulo de elasticidad, o módulo de Young. Cuando se cumple que la deformación es proporcional a la tensión, la deformación se denomina deformación elástica; al representar la tensión en el eje de coordenadas en función de la deformación en el eje de abscisas se obtiene una relación lineal: La pendiente de este segmento lineal corresponde al módulo de elasticidad E. Este módulo puede ser interpretado como la rigidez, o sea, la resistencia de un material a la deformación elástica. Cuanto mayor es el módulo, más rígido es el material, o sea, menor es la deformación elástica que se origina cuando se aplica una determinada tensión.

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DEFORMACIÓN PLÁSTICA Definimos como plasticidad a aquella propiedad que permite al material soportar una deformación permanente sin fracturarse. Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el sentido de aplicación de la fuerza. En el caso del ensayo de tracción, la fuerza se aplica en dirección del eje de ella y por eso se denomina axial, la probeta se alargara en dirección de su longitud y se encogerá en el sentido o plano perpendicular. Aunque el esfuerzo y la deformación ocurren simultáneamente en el ensayo, los dos conceptos son completamente distintos. Para la mayoría de los materiales metálicos, la deformación elástica únicamente persiste hasta deformaciones de alrededor de 0.005. A medida que el material se deforma más allá de este punto, la tensión deja de ser proporcional a la deformación y ocurre deformación plástica, la cual es permanente, es decir no recuperable. En la figura 4 se traza esquemáticamente el comportamiento tensión deformación en la región plástica para un metal típico. La transición elástico-plástica es gradual para la mayoría de los metales; se empieza a notar cierta curvatura al comienzo de la deformación plástica, la cual aumenta rápidamente al aumentar la carga.

Figura 4: (a) Curva de tracción típica de un metal que muestra las deformaciones elástica y plástica, el limite proporcional P y el limite elástico σy, determinado como la tensión para una deformación plástica del 0.002.

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CALCULO DEL LÍMITE ELÁSTICO Para conocer el nivel de tensiones para el cual empieza la deformación elástica, o sea, cuando ocurre el fenómeno de fluencia, tenemos que tener en cuenta dos tipos de transición elásticoplástica: 1. Los metales que experimentan esta transición de forma gradual. El punto de fluencia puede determinarse como la desviación inicial de la linealidad de la curva tensióndeformación (punto P en la figura 4ª). En tales casos, la posición de este punto no puede ser determinada con precisión, por este motivo se ha establecido una convención por la cual se traza una línea recta paralela a la línea recta paralela a la línea elástica del diagrama de la tensión-deformación desplazada por una determinada deformación, usualmente 0.002. La tensión correspondiente a la intersección de esta línea con el diagrama “tensión vs. Deformación” cuando éste se curva se denomina límite elástico, σy. 2. Para aquellos materiales que tienen una región elástica no lineal, la utilización del método anterior no es posible, y la práctica usual es definir el límite elástico como la tensión necesaria para producir una determinada deformación plástica.

La transición elástico-plástica está muy bien definida y ocurre de forma abrupta y se denomina fenómeno de discontinuidad del punto de fluencia. En el límite de fluencia superior, la deformación plástica se inicia con una disminución de la tensión. La deformación prosigue bajo una tensión que fluctúa ligeramente alrededor de un valor constante, denominado punto de fluencia inferior. En los metales en que ocurre este fenómeno, el límite elástico se toma como el promedio de la tensión asociada con el límite de fluencia inferior, ya que está bien definido y es poco sensible al procedimiento seguido en el ensayo.

DUCTILIDAD La ductilidad es otra importante propiedad mecánica. Es una medida del grado de deformación plástica que puede ser soportada hasta la fractura. Un material que experimenta poca o ninguna deformación plástica se denomina frágil. La ductilidad puede expresarse cuantitativamente como alargamiento relativo porcentual, o bien mediante el porcentaje de reducción de área. El alargamiento relativo porcentual a rotura, %EL, es el porcentaje de deformación plástica a rotura, o bien:

(

)

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ENSAYO DE DUREZA Laboratorio de Ciencia de los Materiales Donde If es la longitud en el momento de la fractura y l0 es la longitud de prueba original.

Figura 5: Representación esquemática de los diagramas de tracción de materiales frágiles, y dúctiles ensayados hasta la fractura.

TENACIDAD La tenacidad de un material es un término mecánico que se utiliza en varios contextos; en sentido amplio, es una medida de la capacidad de un material de absorber energía antes de la fractura. La geometría de la probeta así como la manera con que se aplica la carga son importantes en la determinación de la tenacidad.

RESILIENCIA Medida de la capacidad de un material de absorber energía elástica antes de la deformación plástica.

Figura 6: Representación esquemática de los diagramas de tracción de materiales

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DESCRIPCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS Nombre de la Máquina: Maquina Universal Amsler Fabricado por: Alfred J, Amsler y Cia; Shaffhausen/Suiza Tipo de Máquina: Máquina de Ensayo de Tracción de funcionamiento Hidráulico – Mecánico calibrado de 5 Toneladas, con finalidades diversas (Por su mismo nombre nos dice “Universal”) tales como ensayos de corte, y la capacidad de poder tratar con materiales con la forma de probetas planas, cuchillas entre otros. Rango de Medición: La escala de carga aplicada va de 500Kg hasta 5000Kg, entre cada intervalo de 100 kilogramos hay 10 subdivisiones más, para que la precisión sea mayor.

Figura 7: Parte de la Máquina Universal Amsler

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DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO Al conectar el enchufe al toma corrientes se activa el motor eléctrico que se sitúa en la parte inferior de la máquina, luego esa energía mecánica generada se le entrega al cilindro inferior, que situado junto al motor va transformando la energía mecánica en hidráulica, pues usa al fluido (aceite) como transmisor de la fuerza mediante la propiedad de este, haciendo que este ascienda hacia el cilindro superior.

Figura 8: Motor de la máquina Se coloca con sumo cuidado, la probeta de ensayo y sosteniéndoles con unos soportes llamadas quijada inferior.

Figura 9: Quijadas o mordazas fijas

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ENSAYO DE DUREZA Laboratorio de Ciencia de los Materiales En el proceso de ascenso del fluido se ve una resistencia que ofrecen los canales en donde se transporta, esto genera un incremento en la presión, por lo que se encuentran unas válvulas de

regulación

para

que

al

ejercer

contrapresión pueda equilibrarse

una

mientras se

realiza el aumento de carga en el transcurso del ensayo, también la máquina se tiene cimentada al piso para contrarrestar los mismos efectos. Al llegar al cilindro superior, se

produce un

aumento de presión, lo que hace desplazar al embolo interno y le comunica una energía a un resorte que mueve el sistema que involucra a la probeta sufrir

una elongación, después se le Figura 10: Sistema de resortes asociados a la presión de un fluido comunica

a un pequeño mini sistema

conformado por un tambor que actúa como medio para graficar la curva de carga – deformación del material de la probeta a ensayar; también comunica a un indicador que tiene un rango definido, tiene una Figura 11: Sistema para obtener la curva especie de flechas: una negra y otra roja. Al aplicarse la carga las dos flechas avanzan simultáneamente hasta llegar a la carga máxima, es ahí donde la

flecha negra se

queda ahí mientras la roja desciende. Después de la rotura de la probeta, se procede a apagar la máquina.

Figura 12: Controlador de la carga

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DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO 1) Aluminio:

2) Cobre:

Diámetro inicial: 6.0mm Longitud inicial: 27mm Diámetro final: 3.15mm Longitud final: 31.25mm Esfuerzo máximo: 521kgf Esfuerzo de ruptura: 350kgf Carga: 1000kg

Diámetro inicial: 6.0mm Longitud inicial: 24mm Diámetro final: 3.5mm Longitud final: 28.55mm Esfuerzo máximo: 1100kgf Esfuerzo de ruptura: 795kgf Carga: 2000kg

3) Bronce:

4) SAE 1010 (acero liso):

Diámetro inicial: 6.5mm Longitud inicial: 29mm Diámetro final: 4.4mm Longitud final: 33.8mm Esfuerzo máximo: 1400kgf Esfuerzo de ruptura: 1000kgf Carga: 2000kg

Diámetro inicial: 6.2mm Longitud inicial: 23mm Diámetro final: 3.3mm Longitud final: 31.8mm Esfuerzo máximo: 1520kgf Esfuerzo de ruptura: 1180kgf Carga: 3000kg

5) SAE 1045 (acero corrugado): Diámetro inicial: 6.5mm Longitud inicial: 26.1mm Diámetro final: 3.1mm Longitud final: 31.3mm Esfuerzo máximo: 2550kgf Esfuerzo de ruptura: 2050kgf Carga: 5000kg

TABULACIONES, CÁLCULOS Y CURVAS ALUMINIO

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Carga Aplicada

1000kg Resistencia Mecánica

ESFUERZO DE FLUENCIA

kgf/mm2

ESFUERZO MÁXIMO

kgf/mm2

DEFORMACIONES (mm) Diámetro inicial

mm

Diámetro final

mm

Longitud inicial

mm

Longitud final

mm

MÓDULO DE YOUNG Porcentaje de elongación (%)

%

ESTRICCIÓN

% GRÁFICA

ZONA ELÁSTICA ZONA DE FLUENCIA ZONA PLÁSTICA

CURVA DEL ALUMINIO 16

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COBRE

Carga Aplicada

3000kg Resistencia Mecánica

ESFUERZO DE FLUENCIA

kgf/mm2

ESFUERZO MÁXIMO

kgf/mm2 DEFORMACIONES (mm)

Diámetro inicial

mm

Diámetro final

mm

Longitud inicial

mm

Longitud final

mm

MÓDULO DE YOUNG Porcentaje de elongación (%) ESTRICCIÓN GRÁFICA ZONA ELÁSTICA ZONA DE FLUENCIA ZONA PLÁSTICA

CURVA DEL COBRE

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BRONCE Carga Aplicada

3000kg Resistencia Mecánica

ESFUERZO DE FLUENCIA

kgf/mm2

ESFUERZO MÁXIMO

kgf/mm2 DEFORMACIONES (mm)

Diámetro inicial

mm

Diámetro final

mm

Longitud inicial

mm

Longitud final

mm

TENACIDAD (CURVA REAL): kgf/mm2 MÓDULO DE YOUNG Porcentaje de elongación (%)

%

ESTRICCIÓN

% GRÁFICA

ZONA ELÁSTICA ZONA DE FLUENCIA ZONA PLÁSTICA 20

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CURVA PARA EL BRONCE ING

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CURVA DEL BRONCE REAL

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ACERO DE BAJO CARBONO

Carga Aplicada

3000kg Resistencia Mecánica

ESFUERZO DE FLUENCIA

kgf/mm2

ESFUERZO MÁXIMO

kgf/mm2 DEFORMACIONES (mm)

Diámetro inicial

mm

Diámetro final

mm

Longitud inicial

mm

Longitud final

mm

MÓDULO DE YOUNG Porcentaje de elongación (%)

%

ESTRICCIÓN

% GRÁFICA

ZONA ELÁSTICA ZONA DE FLUENCIA ZONA PLÁSTICA

CURVA DEL ACERO DE BAJO CARBONO

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ACERO DE MEDIO CARBONO

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Carga Aplicada

3000kg Resistencia Mecánica

ESFUERZO DE FLUENCIA

kgf/mm2

ESFUERZO MÁXIMO

kgf/mm2 DEFORMACIONES (mm)

Diámetro inicial

mm

Diámetro final

mm

Longitud inicial

mm

Longitud final

mm

MÓDULO DE YOUNG Porcentaje de elongación (%)

%

ESTRICCIÓN

% GRÁFICA

ZONA ELÁSTICA ZONA DE FLUENCIA ZONA PLÁSTICA

CURVA DEL ACERO DE MEDIO CARBONO 25

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GRAFICOS

ESFUERZO MÁXIMO (kgf/mm2) ESFUERZO DE INGENIERIA

120 100 80 60 40 20 0

ESFUERZO MÁXIMO

ALUMINIO

COBRE

17.7184

37.7236

ACERO DE BAJO CARBONO 44.0533

ACERO DE MEDIO CARBONO 102.9492

BRONCE 49.4244

ESTRICCIÓN ESTRICCIÓN

68.06%

49.46%

72.52%

73.51%

49.46%

0 Aluminio

Bronce

Acero MC

Acero BC

Cobre

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MÓDULO DE YOUNG Acero de medio carbono

Acero de bajo carbono

Bronce

Aluminio

Cobre 0

200

MÓDULO DE YOUNG

400

600

800

1000

1200

1400

Cobre

Aluminio

Bronce

Acero de bajo carbono

451.18

515.8766

829.4446

894.6113

1600

1800

Acero de medio carbono 1613.623

ESFUERZO DE FLUENCIA (kgf/mm2) 65.8855

70 60 50 28.9537

40 30

33.1099

31.3269

13.7396

20 10 0 ALUMINIO

COBRE

ACERO DE BAJO CARBONO

BRONCE

ALUMINIO

COBRE

ACERO DE BAJO CARBONO

BRONCE

ACERO DE MEDIO CARBONO

ACERO DE MEDIO CARBONO

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OBSERVACIONES  Es un ensayo relativamente sencillo.  El tipo de muestra y el equipo son los mismos que los utilizados para otro tipo de ensayos.  La rotura no se ve afectada por las condiciones de la superficie de la probeta.  La rotura se inicia en una región relativamente uniforme de tensiones de tracción.  Observamos que el material más que soporto más carga es el acero de bajo carbono.  Observamos que el inicio de las gráficas no es necesariamente una recta como es en la teoría, por lo que no nos pone de manifiesto la proporcionalidad entre los alargamientos y las cargas que lo producen (Ley de Hooke). Dentro de este periodo y proporcionalmente hasta el punto A, los aceros presentan la particularidad de que la barra retoma su longitud inicial al cesar la aplicación de la carga, por lo que recibe indistintamente el nombre de periodo de proporcionalidad o elástico.  Se obtuvo además un panorama general del mecanizado de la probeta y un ensayo de tracción.  Cabe destacar que la tensión de fluencia hallada por este método no es representativa del acero y se debe a que las velocidades de deformación eran reguladas por la experiencia debido a que la maquina no tenía un sistema apto para ello.  Observamos que el acero de bajo carbono con el que se trabajó en el laboratorio tiene un punto de fluencia lo que los demás no tienen.  Para los ensayos del cobre, del bronce y en el acero de medio carbono la carga que se le aplicaba hizo romper ambas probetas muy rápido, ya que se pudo ver que luego de la ruptura la carga cay de golpe, cosa que no ocurrió con los demás.  Observamos los materiales con los que se trabajó presenta estricción, debido a la diferencia de área antes y después de la ruptura.  Una gran ventaja que se puede hablar en este ensayo, es la facilidad para fabricar las probetas.  La única observación negativa a realizar es que la probeta no se encuentra sometida a un ensayo de tracción simple puro, es decir, al ensayar la probeta ésta no se encuentra deformada en su totalidad.

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CONCLUSIONES  Se realizó un ensayo de tracción sobre una probeta de distintos materiales para dicho fin, de acuerdo a las normas ASTM, el cual permitió obtener las características mecánicas principales de dicho material a partir del análisis de la curva de tensión deformación y verificar de este modo las propiedades de estos aceros.  Se concluye que de los materiales ensayados, el aluminio resulto ser el más dúctil ya que su esfuerzo máximo solo fue de 570kgf.  Se concluye que el material más frágil resulto ser el acero de medio carbono, conocido como el SAE 1045.  En el bronce no se formó el cuello, debido que después de sufrir el esfuerzo máximo, este material quebró sin sufrir una deformación apreciable.  Se determinó que el acero de medio carbono tiene el mayor índice de proporcionalidad, ya que su límite elástico fue el más elevado.  El acero de bajo carbono fue la probeta con mayor índice de plasticidad, debido a que su zona plástica en la gráfica fue la de mayor proporción.  Se concluye que el punto de rotura de todos los materiales ensayados se dio después de darse el esfuerzo máximo y con un esfuerzo menor a este.  Se concluye que cuando los materiales llegan a su punto de fluencia, es ahí donde ellos logran deformarse rápidamente sin necesidad de aumentarle la carga.  Se concluye que los materiales ensayados cumplen con la Ley de Hooke hasta un cierto punto el cual denominaremos limite elástico.  Se concluye que los materiales en los que se ensayaron llegan a tener una recuperación elástica luego de la rotura, ya que se nota una gran irregularidad al querer unir las partes de la probeta por la zona de la rotura.  Se determinó que el material con mayor esfuerzo de fluencia fue el acero de medio carbono, y la de menor fue el aluminio.  Se concluye que la relación que existen entre los materiales ensayados con respecto al módulo de Young de los materiales ensayados son; Cobre < Aluminio < Bronce < Acero de bajo carbono < Acero de medio carbono.  Se concluye que la relación existente con respecto a la estricción de las probetas fueron: Aluminio < Bronce < Acero de medio carbono < Acero de bajo carbono < Cobre.  Así también como la gran utilidad de estos para darnos cuentas de las diferentes propiedades de los materiales, por ultimo he de añadir que gracias a esta práctica tengo un mejor entendimiento de la curvas tensión−deformación.

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RECOMENDACIONES  Se recomienda tomar precauciones durante la realización del ensayo, ya que las cargas utilizadas son relativamente altas con respecto a los materiales de ensayo.  Además, al realizar el ensayo sin cuidado podríamos tomar valores erróneos aumentando el porcentaje de error.  También se debe tener el debido comportamiento en el laboratorio, ya que los instrumentos y aparatos de medición son muy frágiles, y se podrían dañar fácilmente en un pequeño accidente.  Debemos, además, asegurarnos de que la probeta esté en debidas condiciones (bien pulida, limpia, sin óxidos) y de que no haya sufrido muchos ensayos.  Es recomendable también, tener una base teórica antes de realizar el ensayo para tener en cuenta los detalles que debemos observar y los datos que debemos apuntar.

CUESTIONARIO De una barra de acero SAE1060 se confecciona una probeta de 60 mm de diámetro y 30 mm de longitud, los resultados son los siguientes: 600

1200

1800

2400

3000

2800

3300

3600

4000

3400

2200

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.007

0.009

0.01

0.012

0.0151

0.017

Se mide la sección transversal de la probeta y se obtiene 5% y punto de fluencia inferior una reducción de área del 7%, en el punto de carga máxima la reducción del área es del 35% y en el punto de ruptura o separación es del 50%. Determinar: a) b) c) d) e) f)

La curva de ingeniería (curva teórica) La curva real La estricción final La resiliencia La tenacidad Diga si el material es dúctil o frágil. Explicar

Explique una curva ideal y calcule el esfuerzo de fluencia aparente o convencional

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BIBLIOGRAFÍA  Tecnologías de los Materiales Industriales. Lasheras, Esteban. Pág. 193-203  Tratamiento Térmico de los Aceros. Apraiz, J.  Técnicas de Laboratorio para pruebas de Materiales (Keyser, Carl. Limusa-Wiley).  Pruebas Mecánicas y Propiedades de los Metales (Zolotorevski, V. Editorial Mir).  The testing and Inspection of Engineering Materials (Troxell).  FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES. William F. Smith/2º edición. 1996  CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES. Donald R. Askeland. / Publicación México: International Thompson Editores. 1998.  TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INDUSTRIALES Lasheras/ Pág. 207-217

ANEXO ANEXO A:

EFECTO DE LA TEMPERATURA

Se estudia el comportamiento a fractura y a tracción de dos materiales compuestos, fabricados a partir de una misma matriz termoplástica reforzada con tejido de fibra de vidrio y de carbono, cuando se someten a una temperatura de 70ºC y a una humedad relativa del 95%, con períodos de exposición máximos de 200 días. El comportamiento a fractura se analizó en régimen dinámico a partir de los datos obtenidos de ensayos de impacto. El fin de este estudio es conocer el comportamiento de este material en períodos cortos de exposición e identificar los mecanismos de fallo que induce este fenómeno en el material. Las principales conclusiones del estudio son: el tipo de refuerzo condiciona el comportamiento del material frente a cargas de impacto; la resistencia a tracción y la tenacidad a fractura dinámica de los compuestos estudiados no se ven sustancialmente modificadas por el efecto de condiciones ambientales de elevada humedad y temperatura en períodos cortos de exposición, apreciándose incluso una mejora en la tenacidad en los primeros días. La aplicación cada vez más generalizada de materiales compuestos que en ocasiones pueden llegar a sustituir a los materiales metálicos en muchas aplicaciones industriales, 32

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hace necesaria una exigente caracterización mecánica. Por otra parte, las condiciones medioambientales a las que se ven sometidos son cada vez más severas. Todo ello hace necesario un conocimiento más amplio de su comportamiento frente a diferentes tipos de solicitaciones tanto estáticas como dinámicas. El proceso de fractura que se genera en un material compuesto cuando se somete a cargas de impacto está condicionado por la propia fractura de las fibras que lo componen así como de los procesos de des laminación asociados a este tipo de materiales (Abusafieh A. 1998) (Kalarda V. V. 1993). Hasta el momento no está claro cuál de los dos procesos es el determinante, ni por 34 supuestos la aportación de cada uno de ellos a la energía total absorbida durante el proceso. Por otra parte, cuando un material de este tipo se somete, durante períodos más o menos prolongados, a ambientes con altas concentraciones de humedad, se produce en él una progresiva absorción de agua que depende de muchas variables, como son: el tipo de fibra, el tipo de matriz, la temperatura, etc. En la práctica, la presencia de una alta concentración de humedad viene acompañada de temperaturas relativamente elevadas lo que hace que el estudio conjunto de los dos parámetros, temperatura y humedad, sea prácticamente obligatorio (Fernández Canteli A. 2002). En este momento parece demostrado que la humedad absorbida por el material compuesto depende de la estructura química de la matriz, de la temperatura y de la humedad relativa, lo cual produce una plastificación tanto en la matriz como en el refuerzo, así como una alteración dimensional que induce modificaciones en el estado tensional que favorece la propagación de fisuras (Adams D. F. 1977), (Kalthoff J. F. 1995), (Viña J. 2002). El objetivo de este trabajo es estudiar el efecto que la combinación de la humedad y la temperatura tiene en el comportamiento a tracción y a fractura dinámica de dos materiales compuestos, fabricados a partir de una misma matriz termoplástica, reforzados uno con tejidos de fibra de vidrio y el otro de fibra de carbono, en períodos cortos de exposición. EJEMPLO DE LA INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN EL ENSAYO DE TRACCIÓN:

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En una prueba a un acero inoxidable superdúplex tipo EN 1.4410 en donde se ensayó la tracción en el rango de temperaturas de 275 a 475°C. La evolución, en función de la temperatura, de los valores de límite elástico y resistencia máxima indica la existencia de un fenómeno de envejecimiento por deformación (Dynamic Strain Aging o DSA). Para evaluar la influencia de la velocidad de deformación sobre dicho comportamiento se realizaron ensayos de tracción a dos velocidades diferentes, ambos a la temperatura de 325°C, para la cual se había registrado la máxima manifestación de DSA. Dichos ensayos reflejaron

una

sensibilidad

inversa a la velocidad de deformación lo que confirma la presencia de DSA en el acero bifásico estudiado.

Influencia de la temperatura sobre las características de la curva esfuerzo-deformación de un polímero semicristalino.

ANEXO B:

MÉTODO DE OFFSET

El método de off-set sirve para hallar el esfuerzo de fluencia de un material de manera aproximada. Este método consiste en trazar una recta paralela al límite de proporcionalidad de la curva del material, una cierta distancia que comúnmente es de 0.02% la deformación total del material o sino el 0.02% en la unidad que estamos trabajando. Dicha recta paralela interceptará a la curva de esfuerzo versus deformación del material ensayo en el punto donde podremos calcular dicha fluencia del material. Este método va aplicado mayormente a los materiales no ferrosos como el bronce ya que no tienen su punto de fluencias muy pronunciadas, sin embargo no es muy recomendado para los materiales ferrosos como el acero, cobre, aluminio ya que dicho resultado tendrá un mayor error en el cálculo de la fluencia.

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ANEXO C:

NORMALIZACIÓN SEGÚN LA NORMA ASTM E8

Estos métodos de ensayo nos sirven para cubrir los ensayos de tracción de materiales metálicos, en cualquier forma a temperatura ambiente, en particular, los métodos de determinación de la resistencia a la fluencia, fluencia, resistencia a la tracción, el alargamiento y la reducción de área. La longitud de calibre para los especímenes más redondas deben ser 4D para E 8 y 5D E 8M. La longitud del calibrador es la diferencia más significativa entre E 8 y E 8M DE MUESTRAS DE ANÁLISIS especímenes de la prueba a partir de la metalurgia de polvos (P / M) los materiales están exentos de este requisito por la industria-un amplio acuerdo para mantener la presión de la materia a un área específica prevista y la densidad. Excepciones a las disposiciones de estos métodos de prueba deben realizarse en las especificaciones individuales o métodos de prueba para un determinado material. Para algunos ejemplos, vea los métodos de ensayo y definiciones A 370 y los métodos de prueba B 557, B 557M y B 557m. Los valores indicados en unidades SI deben ser considerados como algo separado de pulgada / unidades de libras. The values stated in each system are not exact equivalents; therefore each system must be used independently of the other. Los valores indicados en cada sistema no son equivalentes exactos, por lo que cada sistema debe ser utilizado

35in independientemente de la otra. Combining values from the two systems may result

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non-conformance with the standard. La combinación de los valores de los dos sistemas puede resultar en la no conformidad con la norma. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer prácticas apropiadas de seguridad y salud y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso.

ANEXO D:

PROBETAS PARA TRACCIÓN

Las probetas para los ensayos de tracción pueden ser: industriales o calibradas; estas últimas, se emplean en experiencias más rigurosas y adoptan formas perfectamente cilíndricas o prismáticas, con extremos ensanchados, no solo para facilitar su sujeción en la máquina de ensayo, sino para asegurar la rotura dentro del largo calibrado de menor sección; en la cual se marcan los denominados “Puntos fijos de referencia” a una distancia inicial preestablecida (lo), que permitirá después de la fractura, juntando los trozos, determinar la longitud final entre ellos (L). Estos hechos han motivado la normalización de la longitud inicial, estipulándose que dos o más ensayos pueden compararse en sus alargamientos, si las probetas son geométricamente semejantes, lo que se logra cuando lo es proporcional al diámetro o raíz cuadrada de la sección. O sea que los ensayos sobre probetas distintas resultan comparables si se cumple que la ley de semejanza: TIPOS DE PROBETAS Las probetas de ensayo para materiales metálicos se obtienen, generalmente por mecanizado de una muestra del producto objeto de ensayo, o de una muestra moldeada. En el caso de tratarse de productos que tengan una sección constante (perfiles, barras, etc.) o de barras obtenidas por moldeo, se pueden utilizar como probetas las muestras sin mecanizar. La sección de la probeta puede ser circular, cuadrada o rectangular. Generalmente las probetas de ensayo para materiales no metálicos se pueden preparar por prensado, por inyección o bien por arranque de viruta mediante corte de planchas. En general hay tres tipos de probeta: a) Plásticos rígidos y semirrígidas. M-I es la muestra preferida y se usará cuando haya material suficiente tendiendo un espesor de 10 mm o menor.

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El tipo de probeta M-III se empleará cuando el material sometido al ensayo presente un espesor de 4 mm o menor y el tipo de probeta M-II se usará cuando sean requeridas comparaciones directas entre materiales con diferente rigidez (no rígida y semi-rígida). b) Plásticos no rígidos Se emplea el tipo de probeta M-II con espesores de 4 mm o menores. El tipo de probeta M-I debe ser empleado para todos los materiales con espesores comprendidos entre 4 y 10 mm. c) Materiales compuestos reforzados Las probetas para materiales compuestos reforzadas serán del tipo M-I. En todos los casos el espesor máximo de las probetas será de 10 mm. Las probetas que se van a ensayar deben presentar superficies libres de defectos visibles, arañazos o imperfecciones. Las marcas correspondientes a las operaciones del mecanizado de la probeta serán cuidadosamente eliminadas con una lima fina o un abrasivo y las superficies limadas serán suavizados con papel abrasivo. El acabado final se hará en una dirección paralela al eje largo de la probeta.

ANEXO E:

LÍMITE DE PROPORCIONALIDAD

Si un material es sometido a tracción, es decir si el mismo es solicitado desde sus extremos en direcciones opuestas, la longitud del mismo aumenta y eventualmente, si la fuerza es grande, el material puede romperse. En esta sección estudiaremos la conexión entre los efectos de las fuerzas y las deformaciones que las mismas causan sobre una muestra de material. Si una muestra cilíndrica de material, de sección transversal A, y longitud inicial L0 es sometida a tracción, mediante una fuerza F que actúa a lo largo de su eje, la misma sufrirá un estiramiento de magnitud ΔL. Si ΔL/L0