Tension y Compresion

 

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química  Química 

 Asignatura:

Fundamentos de Metalurgia y Materiales (1314) Semestre 2020-1 Preinforme no.2 Ensayo de Tensión y de Compresión Grupo 02

 Alumno:

Bonilla Herrera Emmanuel

Fecha de entrega: 21 de Agosto de 2019

 

 

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  Unidades de carga o fuerza, esfuerzo o presión y conversiones entre ellas.

Se utilizan bastantes unidades diferentes para reportar los resultados de un ensayo de tensión. Las unidades más comunes para el esfuerzo son lb por plg 2  (psi) y el megapascal (Mpa). Mientras que las unidades para la deformación pueden ser plg/plg, cm/cm y m/m. Dado que la deformación es adimensional (no tiene unidades físicas), por lo tanto no se requieren factores de conversión para cambiar a otro sistema de unidades. Tabla 1.0 Unidades de Fuerza y sus respectivas conversiones. Unidad Conversiones a otras unidades 1N = 1 kg kg·m ·m/s /s 1 din dina a = 1 g·cm/s g·cm/s 1 lbf = 32.174 32.174 lb·ft/s lb·ft/s = 4.4482 4.4482 N 1 kgf   =1000 gf  =  = 9.807 9.807 kg·m/s kg·m/s = 9.807 9.807 N Tabla 1.1 Unidades para la Presión y sus respectivas conversiones. Unidad Conversiones a otras unidades

1 Pa

= 1 N/ N/m m

1 GP GPa a 1 MP MPa a 1 kPa

= 10 Pa = 10 MPa MPa = 10 kPa kPa = 10 Pa = 10 kPa kPa = 10  GPa = 1000 Pa = 10 hPa = 10-3 MPa

1 hPa 1 bar

= 1 mbar = 100 Pa = 0.10 kPa = 1000 mbar = 10 Pa = 100 kPa = 0.1 MPa = 10-4 GPa = 0.986923 atm = 14.5038 psia = 1.0197 kgf /cm /cm2 = 750.062 mmHg = 75.0062 cmHg = 750.062tor = 401.48 inH2O = 108 barias

1 atm

= 1.01325MPa bar ==101.325 kPa-4= GPa = 0.101325 1.01325x10 101325 Pa = 14.7 lbf /in /in2 (psi)= 1.0332 kgf /cm2 = 76 cm Hg = 760 mmHg = 406.8 inH2O = 33.9 ftH2O = 1.05x104  mmH2O = 1033.6 cmH2O = 1013250 dina/cm2 = 760 torr = 29.9212 inHg = 68948 68948 dina/c dina/cm m = 703.1 703.1 kgf /m = 6894.8 Pa = 0.0680 atm = 2.036 inHg = 0.0689 bar

1 lbf /in /in (psi) (psi)

Donde: •

  psi: pounds per squared inch (libras fuerza sobre pulgada cuadrada)

 

 

  Curva Esfuerzo-Deformación Ingenieril

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La curva esfuerzo-deformación presenta dos zonas, la primera región se le conoce como zona elástica y presenta un comportamiento lineal que se rige por la ley de Hooke. Este comportamiento se mantiene hasta alcanzar el punto de cedencia que es el límite del comportamiento elástico y que se define como el esfuerzo máximo que el metal puede soportar sin experimentar una deformación permanente. La segunda región de la curva corresponde a la zona plástica.

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El esfuerzo y la deformación ingenieriles se definen mediante las ecuaciones siguientes:

Donde A0  es el área original de la

Figura 1. 1. Curva Esfuerzo-Deformación in enie enieri ril. l.

sección transversal de Ila probeta antes de iniciarse el ensayo, 0 es la distancia original entre marcas calibradas y I es la distancia entre las mismas, después de haberse aplicado la fuerza F.

La cuerva esfuerzo-deformación ingenieril no refleja de manera real las características de la deformación de un metal, ya que se basa en las dimensiones originales de la probeta y estas disminuyen rápidamente al alcanzar el esfuerzo máximo, esto provoca que la carga requerida para continuar la deformación disminuya. Lo que ocurre realmente es que el metal sigue endureciendo todo el tiempo hasta que ocurre la fractura, de modo que el esfuerzo requerido para producir la deformación adicional también debe aumentar.   Curva Esfuerzo-Deformación Real

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En esta curva se corrige el comportamiento de la curva esfuerzo-deformación ingenieril, por lo que se toma el área de la sección transversal de la probeta en cada momento por lo tanto su comportamiento cambia. Se definen esfuerzo real y deformación real mediante las ecuaciones siguientes:

Donde el área después real a la de cual seempiece le aplicaellaencuellamiento. fuerza F. La expresión ln (A0/A) deberá A seresutilizada que

 

 

En la deforma deformación ción verdad verdadera era ( ) el cambio cambio de longitud se expresa como el cambio instantáneo de la zona de prueba, en lugar de la longitud inicial.

El esfuerz esfuerzo o verdade verdadero ro ( ) se define define como como la carga dividida entre el área de la sección transversal sobre la que actúa en cualquier instante, . 

Figura 2. Curva esfuerzo-real. Comparación entre esfuerzo.-deformación ingenieril y real ara ara n níí uel. uel.

Se puede obtener una relación entre el esfuerzo real e ingenieril, así como de la deformación real e ingenieril con las siguientes expresiones matemáticas:

Estas expresiones no son válidas después de que comienza el rebajo.   Propiedades que se obtienen de los ensayos de Tensión y Compresión 

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a) Tensión.- En esta prueba se mide la respuesta de un material a una fuerza axial aplicada de manera lenta. Se obtienen propiedades como la limite de fluencia, limite de resistencia a la tensión, el módulo de elasticidad y la ductilidad. Esta información es usada para comparar materiales, desarrollar nuevas aleaciones y para control de calidad. b) Compresión.- Estudia el comportamiento de un material al ser sometido a una carga progresivamente creciente de compresión.  La norma marca probetas cilíndricas para materiales metálicos y probetas cúbicas para materiales no metálicos. Módulo de Young (Elasticidad) (E) La relación entre el esfuerzo y la deformación uniaxial en el rango elástico se conoce como módulo de elasticidad, o módulo de Young (E). El módulo de elasticidad es la pendiente de la cuerva de esfuerzo-deformación y es una medida

 

 

de la rigidez del material. Cuanto mayor sea el módulo, más pequeña es la deformación elástica resultante al aplicar una carga.

El módulo de elasticidad se debe a las fuerzas de unión entre los átomos y debido a que estas fuerzas no se pueden cambiar sin cambiar la naturaleza básica del material, el módulo de Young es una de las propiedades mecánicas estructurales más insensibles (no cambia) ante cualquier cambio en su proceso de fabricación o tratamiento termomecánico de la aleación, este solo depende de su composición y temperatura. Esfuerzo de fluencia (  fl) Indicación del esfuerzo máximo que se puede desarrollar en un material sin causar una deformación plástica, delimita la zona elástica de la plástica.

Figura 3. Esfuerzo de Fluencia

Este valor se obtiene por el “método de la deformación permanente específica”, el valor esta generalmente entre 0.10 y 0.20% de la longitud calibrada. Esfuerzo de fluencia convencional (  fl convencional) Esfuerzo al cual el material cambia su comportamiento de elástico a plástico, para estos casos se determina un esfuerzo de cedencia convencional en la cual se traza una línea paralela a la posición inicial de la curva esfuerzo-deformación, pero desplazada 0.2% es el esfuerzo al que dicha línea interseca la curva esfuerzodeformación. Esfuerzo de tracción (  fl) Se emplea para determinar el comportamiento de un material al ser sometido a una tracción axial; se trata de la prueba más corriente para materiales

 

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estructurales. También llamado prueba de tracción, para este esfuerzo aplica la ley de Hooke. Esfuerzo de fractura. En la figura 1 se puede observar el momento de fractura, o bien partiendo del hecho que la fractura consiste en la ruptura de los enlaces entre los átomos, es posible calcular el esfuerzo teórico que debe aplicarse al material para fracturarlo.

Pfrac es la carga de la fractura, mientras que A frac es el área de fractura Porcentaje de Elongación Cuantifica la deformación plástica permanente en la falla (es decir, no se incluye la deformación elástica recuperada después de la fractura) midiendo la distancia entre las marcas calibradas en el espécimen antes y después de la prueba.

Donde

 Al reportar el porcentaje porcentaje de elongación, elongación, debe especificarse especificarse la longitud de la medida original, ya que el porcentaje de elongación varía de acuerdo con esta. Se determina a partir de las mitades rotas de la muestra de trabajo, midiendo para ello el área transversal mínima, describe la cantidad de adelgazamiento experimentado por el espécimen durante la prueba.

Donde:

Zona elástica

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 Al material al al dejarle de aplicar aplicar una carga carga regresa regresa a su forma original original (deformación (deformación elástica, temporal o no permanente). La deformación es reversible y sigue la ley de Hook Zona plástica Se presenta una deformación permanente, es decir al remover la carga el espécimen no recupera su forma completamente.   Normas ASTM 

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Figura 4. Probeta 4. Probeta tipo 1

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  Tipos de Probetas y Dimensiones 

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Figura 5. Probeta tipo 2

 

 

Figura 6. Probeta tipo 3

Figura 7. Probeta 7. Probeta 4

 

 

Figura 8. Probeta 5

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  Bibliografía 

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- Askeland, D. R. & Phulé, P.P. (2012). Propiedades mecánicas: primera parte. En La ciencia y la ingeniería de los materiales (p.p. 226-236). México, Cengage Learning Editores S.A. - Avner, S. H. (1998). Las herramientas del metalurgista. En Introducción a la metalurgia física (p.p. 51-56). México, Calypso. -  Eorge E. D. (1961). The Tension Test. En Mechanical Metallurgy (p.p. 237-253). USA, McGraw-Hill Book Company

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-  Camacho Peralta, M. (2015). Comportamiento viscoplástico en la aleación tribológica de aluminio SAE783 (tesis de licenciatura). Facultad de Ingeniería UNAM, CDMX, México

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