ENSAYO DE TRACCIÒN DEL BRONCE

1. OBJETIVO GENERAL

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.

2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Conocer las propiedades del bronce. Conocer las aplicaciones y usos de este metal en el ámbito de la construcción. Determinar la curva esfuerzo-deformación del bronce en forma de una aleación.

3. INTRODUCCION

Uno de los ensayos mecánicos tensión-deformación más común es el realizado a tracción. El ensayo de tracción puede ser utilizado para determinar varias propiedades de los materiales. Normalmente se deforma una probeta hasta rotura, con una carga de tracción que aumenta gradualmente y que es aplicada úniaxialmente a lo largo del eje de la probeta.

4. MARCO TEORICO

Ensayo de tracción

Este ensayo permite obtener información sobre la capacidad de un material para soportar la acción de cargas estáticas o de cargas que varían lentamente a temperaturas homologas inferiores a 0,5(parámetro adimensional que se define como el cociente entre las temperaturas de ensayo y de fusión). Como los componentes metálicos se proyectan en la mayoría de las ocasiones para trabajar en estas condiciones, probablemente este es el más popular entre los ensayos que permiten caracterizar el comportamiento mecánico de un material metálico.

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El ensayo se realiza alargando una probeta de geometría normalizada, con una longitud inicial Lo, que se ha amarrado entre las mordazas de una máquina, según el esquema que se muestra a continuación. Una de las mordazas de la máquina está unida al cabezal móvil y se desplaza respecto a la otra con velocidad constante durante la realización del ensayo. Las máquinas de ensayo disponen de sistemas de medida, células de carga y extensómetros, que permiten registrar la fuerza aplicada y la deformación producida mientras las mordazas se están separando.

* La curva tensión-deformación: resultante del ensayo se construye representando la tensión, que es la razón de la fuerza aplicada a la sección recta inicial de la probeta, So, frente al alargamiento, que se define como la extensión porcentual referida a la longitud inicial (L-Lo)/Lo x 100.

Requerimientos para probetas de ensayo.

Ciertos requerimientos fundamentales pueden establecerse y ciertas formas de probeta se acostumbran a usar para tipos particulares de ensayos. La sección transversal de la probeta es redonda, cuadrada o rectangular. Para los metales, si una pieza de suficiente grueso puede obtenerse de manera sencilla, se usa habitualmente una probeta redonda; para láminas y placas se emplea una probeta plana.

La porción central del tramo es usualmente, pero no siempre, de sección menor que los extremos para provocar que el fallo ocurra en una sección donde los esfuerzos no resulten afectados por los dispositivos de sujeción. Se define como tramo de calibración aquel sobre el cual se toman las mediciones de alargamiento o extensómetro.

La forma de los extremos debe de ser adecuada al material, y se ha de ajustar al dispositivo de sujeción a emplear. Los extremos de las probetas redondas pueden ser simples, cabeceados o roscados. La relación entre el diámetro o ancho del extremo, y, el diámetro de la sección reducida ha de valorarse en materiales quebradizos para evitar la rotura debida al esfuerzo axial y los esfuerzos debidos a la acción de las mordazas.

Una probeta debe de ser simétrica con respecto a un eje longitudinal durante toda su longitud para evitar la flexión durante la aplicación de carga

DEFINICION DEL BRONCE

El bronce es una fusión del estaño y el cobre. Existen dos tipos de cobre, el primero de ellos contiene 80 por ciento de cobre y 20 por ciento de estaño, mientras que el segundo contiene 95 por ciento de cobre y 5 por ciento de estaño. La función del estaño sobre el cobre es trasmitirle resistencia y dureza.

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Las aleaciones constituidas por cobre y zinc se denominan propiamente latón; sin embargo, dado que en la actualidad el cobre se suele alear con el estaño y el zinc al mismo tiempo, en el lenguaje no especializado la diferencia entre bronce y latón es bastante imprecisa.

El bronce fue la primera aleación de importancia obtenida por el hombre y da su nombre al período prehistórico conocido como Edad del Bronce. Durante milenios fue la aleación básica para la fabricación de armas y utensilios, y orfebres de todas las épocas lo han utilizado en joyería, medallas y escultura. Las monedas acuñadas con aleaciones de bronce tuvieron un protagonismo relevante en el comercio y la economía mundial.

Propiedades físicas del bronce

Datos para una aleación promedio con 89 % de cobre y 11 % de estaño:

Densidad: 8,90 g/cm³.

Punto de fusión: de 830 a 1020 °C

Punto de ebullición: de 2230 a 2420 °C

Coeficiente de temperatura: 0,0006 K-1

Resistividad eléctrica: de 14 a 16 µΩ/cm

Coeficiente de expansión térmica: entre 20 y 100 °C → 17,00 x 10-6 K-1

Conductividad térmica a 23 °C: de 42 a 50 Wm-1

Propiedades mecánicas a comprobar del bronce

Elongación: <65 %

Dureza Brinell: de 70 a 200

Módulo de elasticidad: de 80 a 115 GPa

Resistencia a la cizalla: de 230 a 490 MPa

Resistencia a la tracción: de 300 a 900 MPa

Principales aleacionesBronce arsenical

La aleación de cobre con arsénico es el primer bronce utilizado por el hombre.8 Es una aleación blanquecina, muy dura y frágil. Se fabrica en una proporción del 70 % de cobre y el 30 % de arsénico, aunque es posible fundir bronces con porcentajes de arsénico de hasta 47,5 %. En estos casos, el resultado es un material gris brillante, fusible al rojo y no alterado por el agua hirviente.

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Bronce sol

El denominado bronce sol (en alemán; Sonnenbronze) es una aleación utilizada en joyería, tenaz, dúctil y muy dura, que funde a temperaturas próximas a las del cobre (1.357 °C) y está constituida hasta por el 60 % de cobalto.

Cuproaluminio

El cuproaluminio es un tipo de bronce, de color similar al del oro, en el cual el aluminio es el metal de aleación principal que se agrega al cobre. Una variedad de bronces de aluminio, de composiciones diferentes, han encontrado uso industrial.

APLICACIONES:

El bronce es utilizado principalmente para aplicaciones en cañerías, herrajes artísticos, chapas, carpintería metálica y en la fabricación de elementos cubiertos con níquel o cromo. Una de sus aplicaciones más comunes era la fabricación de monedas hacia el año de 1950, donde los centavos de 5, 10 y 20 eran elaborados de cobre y aluminio, creando una apariencia de centavos dorados.

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5. PROCESO EXPERIALMENTAL MATERIALES

Barra de bronce ½” Probeta Torneador Máquina de tracción

PROCEDIMIENTO

PROBETA

Características de la Probeta maquinada a partirDe la Barra de Bronce. Norma ASTM08M

Barra DN 1/2"

Lo= 30.00

Lf= 40.50

ef.= 35.00

do= 6.00

df 3.05

q= 0.74

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Lo= distancia entre marcas inicialLf= distancia entre marcas finalef= deformación en fracturado= diámetro inicial de la probetadf= diámetro final de fracturaq= Reduccción de área

CALCULOS

1.01 0.10 6.641.03 0.11 6.761.10 0.12 7.441.30 0.21 8.371.41 0.26 9.051.74 0.46 10.981.80 0.50 11.332.04 0.66 12.732.40 1.04 14.922.60 1.32 16.142.84 1.64 17.553.02 1.93 18.673.10 2.09 19.143.50 2.77 21.534.01 3.78 24.564.25 4.44 25.924.30 4.49 26.284.40 4.78 26.864.50 5.01 27.564.60 5.18 28.035.00 6.14 30.505.10 6.24 31.085.20 6.36 31.625.30 6.56 32.195.40 6.60 32.895.61 6.86 34.065.71 6.97 34.73

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Material : BronceDesplazamiento mm Fuerza KN Tiempo, Segs

0.10 0.01 1.140.20 0.01 1.810.22 0.02 1.920.25 0.02 2.030.41 0.03 2.970.46 0.02 3.300.48 0.02 3.420.50 0.02 3.530.68 0.07 5.030.87 0.07 5.700.95 0.09 6.300.97 0.10 6.420.99 0.10 6.53

5.80 7.08 35.315.90 7.12 35.766.00 7.28 36.476.10 7.31 37.036.21 7.38 37.726.41 7.57 38.876.60 7.70 40.036.81 7.86 41.286.90 7.92 41.867.03 8.00 42.567.10 8.07 43.037.30 8.21 44.307.40 8.26 44.757.51 8.34 45.427.60 8.40 46.017.85 8.55 47.487.95 8.61 48.068.00 8.63 48.418.15 8.73 49.308.20 8.75 49.628.31 8.82 50.208.41 8.87 50.768.51 8.92 51.478.60 8.99 52.038.75 9.06 52.848.80 9.10 53.198.90 9.14 53.759.01 9.19 54.419.10 9.24 54.979.26 9.32 55.959.28 9.34 56.069.30 9.34 56.179.41 9.40 56.869.61 9.50 58.019.70 9.51 58.589.83 9.60 59.729.92 9.62 59.849.94 9.62 59.959.96 9.62 60.06

10.01 9.66 60.4110.10 9.69 61.00

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10.20 9.73 61.4810.30 9.78 62.1710.40 9.81 62.7310.56 9.88 63.6910.65 9.91 64.2610.78 9.96 65.1910.84 9.97 65.3110.85 9.99 65.4210.90 10.00 65.7511.00 10.03 66.3011.15 10.09 67.2011.20 10.11 67.5511.40 10.16 68.6911.55 10.21 69.6211.60 10.23 69.9511.70 10.25 70.5311.80 10.29 71.1111.90 10.31 71.6912.01 10.34 72.3412.15 10.38 73.2212.30 10.41 74.1112.45 10.46 75.0012.50 10.46 75.3312.70 10.51 76.4712.85 10.54 77.3712.98 10.56 78.1713.00 10.56 78.3013.20 10.60 79.4513.40 10.64 80.6713.60 10.68 81.9113.75 10.71 82.8013.91 10.71 83.7014.01 10.70 84.2614.15 10.75 85.1714.20 10.74 85.5314.30 10.74 86.0014.35 10.75 86.3314.40 10.75 86.6914.50 10.75 87.2314.66 10.75 88.2214.68 10.75 88.33

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14.70 10.75 88.4514.82 10.74 89.2515.05 10.68 90.4815.10 10.66 90.8115.20 10.60 91.4215.30 10.54 92.0915.45 10.40 92.8915.56 10.29 93.5815.57 10.29 93.6915.59 9.33 93.8015.61 5.68 93.91

FORMULAS:

area=π∗d2

4 resistenciamax ¿

cargamaxarea

∗1000

limt . de proporcionalidad= cargade fluenciaarea

*1000

relac . resis. vs limite de proporcionalidad= resis.maxlimite de proporcionalidad

6. RESULTADOS

Barra Diam. Nominal Barra de Bronze de 1/2" de Diámetro

Área (mm²) 28.27Carga Máxima (kN) 10.76Desplazamiento (mm) 14.8Resistencia Máxima (Mpa) 381Carga de Fluencia, KN 6.40Límite Proporcional, Mpa 226Elongación en Ruptura, % 35.00Reducción de Area, % 74.16

OBSERVACIONES

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La norma utilizada para este ensayo de tracción fue la ASTM E-08M, para ellos las barras fueron maquinadas a probetas de diámetro Nominal de 6 mm.

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CURVA ESFUERZO-DEFORMACION

Esfuerzo (kN) vs deformación (mm)

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.000.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00 Material : Bronze

Material : Bronze

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8 . ANEXOS:

FIG #1: PROBETEADA DE LA BARRA DE BRONCE

FOTO #2: ENSAYO DE TRACCION DEL BRONCE

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FIG#3 :LA ROTURA DE LA PROBETA

FIG#4 :LA ROTURA DE LA PROBETA..2

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7. CONCLUSIONES

1. El cuello de botella en la probeta no se formó exactamente en el centro de la probeta, esto es debido a:

a) La ruptura se dio en un extremo, debido al adelgazamiento de dicha zona durante el ensayo.

b) El material no es completamente puro , lo que compromete su capacidad elástica.

2. Este ensayo nos permite conocer el esfuerzo máximo que puede soportar un material antes de fracturarse.

3. Además mediante la gráfica Esfuerzo -Deformación ,podemos hallar el Módulo de elasticidad de dicho material.

4. Con este ensayo podemos hallar las propiedades mecánicas del material como: Límite elástico, Resistencia a la tracción y deformación. También el Módulo de Poisson, Limite de Proporcionalidad, Límite de Fluencia y la Estricción.

5. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente.

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