LABORATORIO CARACTERIZACION MECANICA Y ENSAYO DE TRACCION.

POR:

FRANCY ÁLVAREZ BERMÚDEZ

COD: 201310253

WILSON JAVIER PINEDA LÓPEZ

COD: 201310245

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA

TUNJA

2014

LABORATORIO CARACTERIZACION MECANICA Y ENSAYO DE TRACCION

POR:

FRANCY ÁLVAREZ BERMÚDEZ

COD: 201310253

WILSON JAVIER PINEDA LÓPEZ

COD: 201310245

PRESENTADO A:

ING. ALEJANDRO MUÑOZ

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA

TUNJA

2014

Contenido1. INTRODUCCION.....................................................................................................................3

2. OBJETIVOS.............................................................................................................................3

2.1. Objetivo general.............................................................................................................3

2.2. Objetivos específicos...................................................................................................3

3. MARCO TEÓRICO.................................................................................................................4

3.1. Ensayo de tracción.......................................................................................................5

3.2. Ensayo Charpy...............................................................................................................8

3.3. Ensayo de torsión.........................................................................................................9

3.4. ENSAYO DE COMPRESION......................................................................................12

4. DESARROLLO EXPERIMENTAL......................................................................................13

5. RESULTADOS......................................................................................................................13

6. CUESTIONARIO...................................................................................................................13

7. CONCLUSIONES..................................................................................................................13

8. INFOGRAFÍA.........................................................................................................................13

CARACTERIZACION MECANICA

1. INTRODUCCION

Los ensayos de caracterización mecánica permiten determinar las características de los materiales, nos permiten determinar variables de la energía mecánica como las fuerzas y desplazamientos.

Los materiales constituyen los componentes y reaccionan con esfuerzos y alargamientos oponiéndose a las solicitaciones. Es lo que se denomina características mecánicas de los materiales o capacidad de transmitir o soportar las variables de energía mecánica.

Para determinar las diversas características de los materiales se desarrollan diferentes ensayos estos también dependen de ciertas características de las piezas a analiza. Pongamos por ejemplo un gancho de izado de una grúa. Le exigiremos unos niveles determinados en la resistencia a tracción, en la resistencia al impacto, en el número de izadas de servicio que ha de resistir, en la inoxidabilidad en atmósferas industriales, etc. Evidentemente cada exigencia requiere un ensayo específico que cuantifique esas características.

2. OBJETIVOS

2.1. Objetivo general Comprender y tener un conocimiento general acerca de los diferentes

métodos y procedimientos para realizar un análisis de las características mecánicas de un material.

2.2. Objetivos específicos Familiarizarse con los equipos necesarios para este tipo de ensayos. Mediante el ensayo de tracción determinar y comprender algunas

características del material analizado. Entender la importancia que tienen este tipo de ensayo en el campo

metalúrgico.

3. MARCO TEÓRICO

Llamamos deformación al proceso en el cual una pieza, metálica o no metálica, sufre una elongación por una fuerza aplicada en equilibrio estático o dinámico. Se producen deformación elástica cuando el material recupera sus dimensiones iniciales o deformación plástica cuando no recupera sus medidas originales. Cuando se aplican fuerzas paralelas con sentido contrario, en el caso del ensayo de tracción en caso de los metales se observa este fenómeno de elasticidad o plasticidad observando las características de la ruptura que se produjeron en este.

Para el desarrollo de estos ensayos es necesario de utilizar equipos adecuados algunos de ellos los nombraremos en la siguiente tabla:

Tabla 1 Equipos y usos para los ensayos de caracterización mecánica.

Nombre Rango Observaciones

Máquina Universal Servohidráulica

100 kNPara materiales metálicos, plásticos, cerámicos, PMC, MMC, CMC

Máquina Universal Servohidráulica

250 kNPara materiales metálicos, plásticos, cerámicos, PMC, MMC, CMC

Máquina Universal Servohidráulica

1 MNPara materiales metálicos, plásticos, cerámicos, PMC, MMC, CMC

Máquina Universal Servohidráulica (x2)

10 kNPara materiales metálicos, plásticos, cerámicos, PMC, MMC, CMC

Péndulo Charpy instrumentado 300 JPara materiales metálicos, plásticos, cerámicos, PMC, MMC, CMC

Péndulo Charpy instrumentado 50 JPara materiales plásticos, cerámicos, PMC, CMC

Torre de Caída de Peso instrumentada

1000 JPara materiales plásticos, PMC

Barra Hopkinson de tracción 1500 1/s Para materiales metálicos

Barra Hopkinson de compresión 1500 1/s Para materiales metálicos

Para la determinación de los índices que miden las cualidades, o características de respuesta de los materiales ante un determinado requisito, se realiza por medio de ensayos estandarizados. Estos deben suministrar los parámetros de respuesta de los materiales que permitan seleccionarlos; bien a través de valores absolutos, que permiten el dimensionamiento, o bien por valores relativos, que definen niveles de aceptación.

3.1. Ensayo de tracción

Este ensayo consiste en someter una probeta de un material con dimensiones estándar o normalizadas a un esfuerzo axial de tracción (estirar el material) hasta que esta se rompa. Este ensayo nos permite determinar importantes propiedades mecánicas de los materiales.

Se realiza con una maquina universal la cual somete a la probeta a tracción, las probetas pueden tener variedad de formas, redonda, cuadrada o rectangular, pero para la mayoría de los metales se utiliza una probeta redonda.

Ilustración 1 dispositivo para ensayo de tensión.

Se mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente.

Las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy

pequeñas (ε = 10–4 a 10–2 s–1).

En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los

materiales elásticos:

Módulo de elasticidad o Módulo de Young, que cuantifica la proporcionalidad

anterior. Es el resultado de dividir la tensión por la deformación unitaria, dentro

de la región elástica de un diagrama esfuerzo-deformación.

Coeficiente de Poisson, que cuantifica la razón entre el alargamiento

longitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de

la fuerza.

Límite de proporcionalidad: valor de la tensión por debajo de la cual el

alargamiento es proporcional a la carga aplicada.

Límite de fluencia o límite elástico aparente: valor de la tensión que soporta la

probeta en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia.

Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones

elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la

deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.

Límite elástico (límite elástico convencional o práctico): valor de la tensión a la

que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en

función del extensómetro empleado. Es la máxima tensión aplicable sin que se

produzcan deformaciones permanentes en el material.

Carga de rotura o resistencia a tracción: carga máxima resistida por la probeta

dividida por la sección inicial de la probeta.

Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se

mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto

por ciento.

Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de la

rotura.

Normalmente, el límite de proporcionalidad no suele determinarse ya que carece

de interés para los cálculos. Tampoco se calcula el Módulo de Young, ya que éste

es característico del material; así, todos los aceros tienen el mismo módulo de

elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes.

Ilustración 2 Probeta de cobre durante el ensayo de tracción

.

 Ilustración 3 Probeta de cobre fracturada después del ensayo de tracción

.

Ilustración 4 Curva tensión-deformación.

En la gráfica se observa una curva típica producida por este ensayo mostrando

las diferentes etapas

En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos

puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se

representa gráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la

sección de la probeta). En general, la curva tensión-deformación así obtenida

presenta cuatro zonas diferenciadas:

1. Deformaciones elásticas: estas se reparten a lo largo de la probeta. La

tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite de

fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno.

2. Fluencia o cedencia. Cuando se produce la deformación brusca de la

probeta sin incremento de la carga aplicada.

3. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la

probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada

permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas

que en la zona elástica.

4. Estricción: en cierto límite del ensayo la deformación se concentra en un

punto donde se podría decir que se observa disminución del diámetro

hasta la rotura de la probeta por esa zona. Con la estricción se llega al

descenso en la curva de tenciòn-deformaciòn.

Se determina la resistencia a la tracción con la máxima resistida por la probeta

dividida por su sección inicial, el alargamiento en (%) y la estricción en la zona de

la rotura.

3.2. Ensayo Charpy

Este ensayo se puede definir como la capacidad o resistencia de un de un material

al choque o también como la capacidad de absorber energía al impacto.

Ilustración 5 esquema del péndulo Charpy

El ensayo Charpy también llamados ensayos dinámicos de choque se realiza en

un péndulo como el mostrado en la ilustración 1. Donde se pretende observar y

verificar el comportamiento de los materiales al ser golpeados por una masa

conocida a la que se deja caer desde una altura determinada, donde se produce

una rotura flexionamiento de la probeta, la diferencia radica en la posición de la

probeta entallada o la flexión de la probeta por choque.

Lo que se pretende determinar con el ensayo Charpy es la tenacidad de un

material donde:

El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura

inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía

absorbida en el proceso de fracturar la probeta.

También se debe de tener en cuenta la velocidad que adquiere la masa al golpear

la probeta queda determinada por la altura del péndulo. Tras la rotura, la masa

continúa su camino hasta llegar a una cierta altura, a partir de la cual se determina

la energía absorbida. Así se medirá la energía absorbida por ese golpe.

Algunas probetas fallan en forma frágil se rompen en dos mitades y otras se

doblan sin romperse, lo cual hace que sea necesario realizar el ensayo a

diferentes condiciones.

La energía absorbida por la probeta (en [J]), se puede medir calculando la

diferencia de energía del péndulo antes y después del impacto.

La energía absorbida por la probeta en su fractura Ea se cuantifica por la diferencia de alturas de la masa del péndulo desde su posición inicial P y su posición final P', que forma un ángulo α’, después de efectuar la fractura. Si se desprecian resistencias pasivas, la energía absorbida viene definida por: Ea = g M1 (cos α’ - cos α) 

Para realizar un ensayo Charpy generalmente de la siguiente manera:

a). Elaborar probetas del material como acero, polímero, etc. Según normas ASTM

b). Elevar la masa M del péndulo Charpy hasta una altura que forme un ángulo a, variable, con la vertical.

 c). Mantener las probetas en congelador hasta alcanzar las temperaturas o condiciones a las cuales se pretende analizar.

 d). Situar las probetas seleccionadas, P1, P2 o P3, en EL portaprobetas coincidiendo la entalla con el recorrido del centro de la masa.

 e). Soltar la masa del péndulo que producirá la fractura de la probeta.

3.3. Ensayo de torsión

Cuando realizamos una deformación helicoidal a un cuerpo al aplican fuerzas

paralelas de igual magnitud y en sentido contrario se produce torsión. Se puede

determinar la torsión de un material observando su deformación al aplicar estas

fuerzas. 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

dé un extremo con respecto al otro es una medida de torsión. En la industria para

la elaboración de máquinas rotatorias se deben utilizar materiales resistentes a

estos cambios físicos.

La deformación plástica alcanzable con este tipo de ensayos es mucho mayor que

en los de tracción (estricción) o en los de compresión

Este ensayo consiste en aplicar dos fuerzas a una probeta con características

definidas por un medio de dispositivo de carga para luego 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.

Los resultados del ensayo de torsión resultan útiles para el cálculo de elementos de máquina sometidos a torsión tales como ejes de transmisión, tornillos, resortes de torsión y cigüeñales.Las probetas utilizadas en el ensayo son de sección circular. El esfuerzo cortante producido en la sección transversal de la probeta (t) y el ángulo de torsión (q ) están dados por las siguientes relaciones:

Ilustración 6angulo de torsión.

Donde T: Momento de torso (N.m)

C: Distancia desde el eje de la probeta hasta el borde de la sección transversal (m) c = D/2

Momento polar de inercia de la sección transversal (m4)

G: Módulo de rigidez (N/m2)

L: Longitud de la probeta (m)

Para realizar este tipo de ensayo es necesario el uso de máquinas especificas al igual que para cada uno de los ensayos que permiten determinar el comportamiento mecánico de los materiales.

Ilustración 7 máquina de torsión

La máquina para realizar este ensayo debe de tener las siguientes especificaciones:

Nombre: máquina manual para pruebas de torsiónCapacidad: hasta 1,500 kg. - cm.Registro de la carga: electrónico con indicación digital del valor del parVoltaje: 115 VLongitud Máxima de Probeta: 225 mmDiámetro Máximo de Probeta: 9.525 mm (ACERO) y según norma para otros materiales.Área ocupada en Mesa

De Trabajo: 29 cm. * 85 cm.Altura Máxima: 40 cm.Relación del Reductor: 1:60Capacidad del fusible: 0.75 AAceite para el Reductor: SAE-90La máquina consta de una barra (1), que soporta todas las partes de la misma. Las patas ajustables (2), permiten la nivelación de la máquina.Los mandriles (3, 4) son para fijar las probetas. Del lado derecho de la máquina, se tiene un reductor de velocidad, de tornillo sinfín y rueda helicoidal, en cuya fecha de salida está montado un mandril (3). La base del reductor, está fija en la barra (1) y fijarlo, si se desea, en cualquier punto con la palanca (6) y la cuña (7).El transportador (8) mide aproximadamente los ángulos totales de torsión de la probeta.El volante (9) montado en la flecha de entrada del reductor, permite aplicar el par de torsión.Del lado izquierdo de la máquina, se tiene el cabezal con el otro mandril (4) y el sistema electrónico de registro. Este sistema de registro, emplea como transductor una celda de carga (10) unida al mandril (4) mediante un eje (11), montado sobre baleros (12) para reducir al mínimo la fricción.La cubierta (13) contiene también las partes electrónicas del sistema de registro de la carga. También debe de tener el display se puede leer el valor del par aplicado a la probeta en kg. - cm.En el lateral derecho, se tiene un interruptor para encender/apagar la máquina . En la parte trasera, el fusible de protección y la clavija para conectar la máquina en 115 V. Finalmente, en el lateral derecho del cabezal, se encuentra el ajustador a cero del sistema.

3.4. ENSAYO DE COMPRESION

Se realiza este ensayo con el fin determinar las propiedades de un material tales como la resistencia o deformación frente a una solicitación axial negativa (comprimir la probeta de ensayo).La resistencia del material en compresión tiende a ser igual o mayor que la de tracción.

Para este ensayo se debe tomar las medidas iniciales del material a ensayar.

Se debe poner la probeta lo más centrada posible. Se baja el plano superior de la maquina universal hasta que casi toque la

probeta. Se pone en funcionamiento la máquina. Se observa como la probeta ba

disminuyendo su tamaño y al finalizar el ensayo se procede a tomar sus nuevas dimensiones.

Para realizar este tipo de ensayo con materiales metálicos se recomienda el uso de las normas ASTM

Ilustración 8 deformación de un material sometido a compresión.

4. DESARROLLO EXPERIMENTAL

Durante la práctica se realizó el ensayo de tracción para el cual se realizaron los siguientes pasos:

Se tomaron tres probetas (latón, acero, aluminio) a las cuales se le tomaron las medidas de diámetro y longitud.

Se puso la primera probeta (acero) en la maquina universal para ser sometida a tracción con una carga y velocidad específica para ese material según norma ASTM hasta que sufriera rotura.

Se procedió a continuación con la siguiente probeta (latón) y por último la de aluminio cada una a diferentes condiciones de carga según norma y de igual forma que la de acero hasta que produjera rotura.

Se procedió a medir de nuevo las dimensiones de las probetas y observar el tipo de fractura que sufrieron estas al ser sometidas al ensayo.

Se tomaron los datos obtenidos en el computador para saber el tiempo que tomo cada probeta en producir rotura.

Se realizaron los cálculos pertinentes para determinar las características de los materiales.

5. RESULTADOS

6. CUESTIONARIO

7. CONCLUSIONES

8. INFOGRAFÍA

http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm02/fcm2_1.html

http://blog.utp.edu.co/metalografia/2012/07/31/2-propiedades-mecanicas-

de-los-materiales/

http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm02/fcm2_5.html

http://www.madrimasd.org/Laboratorios/busquedas/comun/FichLab.asp?

Clabo=65

http://www.monografias.com/trabajos51/ensayo-torsion/ensayo-

torsion.shtml#ixzz3J0fEx1on

http://es.slideshare.net/zephiroth2007/ensayo-de-compresion-7827184