EL ENSAYO DE TRACCIÓN. Introducción. Justificación.En la mayoría de las ocasiones, los materiales metálicos se emplean con fines estructurales. Es decir, los componentes fabricados con metales deben responder de forma adecuada a determinadas situaciones mecánicas. La expresión de responder de forma adecuada puede entenderse en muy diferentes sentidos. Así, en muchos casos, significa no fallar en servicio, pero en otros como, por ejemplo, un fusible mecánico, puede significar lo contrario.En múltiples aplicaciones el factor que limita la vida útil de un componente no es su fractura, si no que puede ser cierto grado de desgaste o el desarrollo de una grieta de cierto tamaño. El abanico de posibilidades se abre aun mas cuando se considera la naturaleza de las solicitaciones mecánicas que deben de ser soportadas. Éstas pueden ser constantes en el tiempo o variables, en este último caso, la velocidad de variación puede ser reducida o elevada, pueden actuar de forma localizada o distribuida en el material. Y, en este último caso, la distribución de esfuerzos puede ser uniforme o no.Todo lo expuesto anteriormente, hay que añadir la que surge de la consideración de otras etapas de la vida de una pieza como, por ejemplo, su conformación. En ciertos procesos de fabricación, se confiere su forma a los productos metálicos por deformación plástica. Para determinar cuáles son las condiciones óptimas de trabajo en estos casos, es necesario conocer cuál es la relación entre los esfuerzos que se aplican y las deformaciones que se producen y cual es la máxima deformación que admite el material sin llegar a romper. El 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.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 esta 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.

2.1 Procedimiento.Si han de tomarse mediciones de alargamiento, lo primero es marcar el tramo de calibración. Si las marcas se hacen rayando el material, estas marcas han de ser ligeras para no dañarlo.Antes de usar la máquina por primera vez, el operador debe familiarizarse con ella. Se debe comprobar el estado inicial de la máquina y hacer los ajustes necesarios.Se colocan la probeta en los dispositivos de sujeción (mordazas), y se ha de comprobar la correcta sujeción y posicionamiento. La velocidad del ensayo no debe ser superior que aquella de la cual las lecturas de carga y otras que puedan tomarse, permitan una medición un grado de exactitud adecuado.Después que la probeta ha fallado, se retira esta de la máquina de ensayo. Se toman las mediciones de los valores de alargamiento. Los extremos rotos de la probeta se juntan, y

se mide la distancia entre los puntos de referencia. También se mide el diámetro de la sección más pequeña.* 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 100.2.2 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.2.3 Propiedades más importantes que se pueden medir en la curva tensión deformación:Modulo elástico o modulo de Young, E.El tramo inicial de la curva, que generalmente es recto, da información del comportamiento elástico del material, es decir sobre la relación entre esfuerzos y deformaciones cuando estas son recuperables. La pendiente del tramo inicial de la curva es una medida de rigidez del material. De dos piezas con la misma geometría, sometidas a la misma solicitación mecánica y fabricadas con diferentes materiales que trabajen dentro del campo elástico, aquella con mayor modulo será la que presente menores deformaciones.El límite elástico.Es la tensión mínima que hay que aplicar para que aparezcan deformaciones permanentes en el material. Se define el limite elástico convencional, Rp, como el esfuerzo necesario para provocar una deformación plástica predefinida. Esta propiedad juega un papel de gran importancia en el proyecto mecánico, porque en la gran mayoría de las ocasiones, las piezas se calculan para que no sufran deformaciones permanentes en servicio y, en consecuencia, se debe garantizar que las tensiones que actúan cuando la pieza trabaja no superan el límite elástico.La resistencia a la tracción, Rm.Coincide con el valor máximo del esfuerzo y es la tensión que hay que aplicar para que se produzca la rotura de la probeta en las condiciones del ensayo. Mientras la tensión aplicada es menor a RM, la deformación es uniforme, pero al alcanzar esta tensión comienza a desarrollarse un cuello en la probeta. La reducción localizada de sección hace que la tensión que actúa en esa sección crezca localmente lo que provoca un nuevo aumento del alargamiento en la zona del cuello con la consiguiente caída de la tensión nominal. Este proceso continua hasta que la sección no es capaz de seguir deformándose y se produce la fractura. La carga de rotura es una propiedad que también se puede

utilizar para el calculo de piezas que trabajan sometidas a esfuerzos aunque, en la actualidad, se tiende a emplear preferentemente el límite elástico.El alargamiento a la rotura, At.Es la extensión que presenta la probeta tras el fallo. Esta propiedad es una medida indirecta de la ductilidad del material. Un alargamiento a la rotura elevado es una propiedad deseable porque los materiales con esta propiedad admiten deformaciones plásticas importantes, cuya observación, en muchas ocasiones, permite adoptar medidas correctoras con anterioridad a la fractura. Además, el alargamiento a la rotura es también un indicador de la capacidad del material para ser conformado por deformación a la temperatura de ensayo.La estricción, Z.Es la relación entre las áreas de las secciones rectas de rotura e inicial. La estricción esta relacionada con el alargamiento a la rotura de modo que cuando este crece, aquella aumenta.

Las máquinas que se utilizan para llevar a cabo los ensayos de tracción disponen de un conjunto muy amplio de accesorios que permiten la aplicación de solicitaciones de diferente naturaleza y la realización de ensayos de muchos otros tipos como, por ejemplo, compresión, flexión, plegado, cortadura, etc. Por esta razón estos equipos se conocen con el nombre de máquinas universales de ensayo o dinamómetros universales. Si bien estas pruebas son fundamentales en ocasiones para seleccionar el material adecuado a cierta aplicación o como método de control de calidad, su empleo es mucho menos frecuente que el del ensayo de tracción.

Facultad de ingeniería Escuela de ingeniería mecánica

LABORATORIO Nº1

“ENSAYO DE TRACCION SIMPLE”

_ALUMNO _MODULO _PROFESOR _FECHA

: Mauricio Mardones D. : Resistencia de los materiales : Edgardo Padilla : 19/Octubre/2009

1

INDICE_Índice……………………………………………………………………………...……2 _Introducción……………………………………………………………………….…....4 _Objetivos del laboratorio……………………………………………………………….5 _Objetivo general _Objetivos específicos _Aspectos teóricos………………………………………………………………….……6 _Esfuerzos _Deformación _Deformación normal _Propiedades Mecánicas de los materiales _Esfuerzo máximo de ruptura _Modulo de elasticidad _Ductilidad _Fragilidad _Tenacidad _Porcentaje de alargamiento _Porcentaje de estricción _Ecuación de la recata _Grafico esfuerzo-deformación _Descripción del equipamiento empleado……………………………………………...11 _ Maquina de ensayos universal Schenck-Trebel _ Extensometro digital _Descripción del ensayo………………………………………………………..………12 _Tablas de valores……………………………………………………………………...14 _Valores Medidos _Acero _Cobre _Fundición _Valores Calculados _Acero _Cobre _Fundición

_Gráficos Esfuerzo-Deformación....................................................................................17 _Acero _Cobre _Fundición

2

_Datos Calculados……………………………………………………………………...20 _Acero _Esfuerzo máximo de tracción _Modulo de Elasticidad _Porcentaje de Alargamiento _Porcentaje de Estriccion _Cobre _Esfuerzo máximo de tracción _Modulo de Elasticidad _Porcentaje de Alargamiento _Porcentaje de Estriccion _Fundición _Esfuerzo máximo de tracción _Modulo de Elasticidad _Porcentaje de Alargamiento _Porcentaje de Estriccion _Discusión de los resultados……………………………………………………………23 _Conclusión………………………………………………………………...…………..24 _Bibliografía……………………………………………………………………………25 _Apendice……………………………………………………………………………....26

3

_INTRODUCCION

L

a resistencia de los materiales, dentro de sus objetivos generales, pretende mostrar a los alumnos de ingeniería conocimientos y herramientas para diseñar y analizar diferentes tipos de estructuras. El presente informe pretende mostrar los resultados obtenidos en un ensayo de tracción simple que se le realizo a tres diferentes materiales (acero, cobre y fundición), con el fin de, posteriormente poder comparar estos resultados con las propiedades tabuladas para estos distintos tipos de materiales. Las propiedades que se pretenden analizar y comparar mediante la aplicación de cargas axiales en tracción hasta la ruptura del material son las siguientes: _Módulos de elasticidad. _Esfuerzo máximo en tracción. _Porcentaje de alargamiento. _Porcentaje de estricción Finalmente, en las ultimas paginas de este trabajos discutiremos los resultados obtenidos, para así poder llegar a conclusiones sobre la experiencia realizada.

4

_OBJETIVOS DEL LABORATORIO

_OBJETIVOS GENERALES

O

bservar de modo práctico el comportamiento de tres materiales que se encuentran sometidos a cargas axiales en tracción, las cuales serán amplificadas gradualmente hasta lograr la ruptura de los materiales en estudio. Determinar a partir de los datos obtenidos en la experiencia, los diferentes valores para las diferentes propiedades mecánicas de los materiales (esfuerzo máximo a la tracción y modulo de elasticidad), para luego compararlos con los datos que se encuentran tabulados para estos mismos materiales.

_OBJETIVOS ESPECIFICOSUtilizar un extensometro para obtener el valor del alargamiento, del material al aplicar la carga de tracción. Observar la diferencia en la deformación de cada material y comparar sus propiedades mecánicas (ductilidad, fragilidad). Observar los distintos cortes y alargamiento generado en las probetas por los esfuerzos normales en tracción.

5

_ASPECTOS TEORICOS

_ESFUERZOS El esfuerzo se define como el cociente entre la fuerza que actúa sobre una superficie y el área de esta superficie, también se puede decir que es la intensidad de las fuerzas distribuidas a través de una sección dada. El esfuerzo medio es entonces:

Esfuerzo_Donde:_F _A

medio

=

F A

= Fuerza que actúa sobre la superficie = Área de la superficie

_Figura 1.

_en el laboratorio realizado, la fuerza en tracción resulta ser perpendicular a la superficie sobre la que actúa, este tipo de esfuerzo se denomina esfuerzo normal y se designa con la letra griega “sigma”-

F A_Donde: = Esfuerzo normal = Fuerza = Área de la superficie F A

6

_DEFORMACIONComúnmente, al hablar de deformación se está indicando fundamentalmente un cambio en la forma de algún objeto. En Resistencia de Materiales este concepto es diferente de lo anterior. Así por ejemplo si se tiene un barra de sección cilíndrica sometida a carga, por lo general no se apreciará ningún cambio visible tanto en la sección o longitud de la misma, sin embargo por el hecho de estar sometida a carga la barra está deformada y se podrá determinar exactamente de que tipo y cual es el valor de esa deformación.1 En la experiencia realizada se estudio el concepto de deformación normal. _DEFORMACION NORMAL Este tipo de deformación esta relacionada con los esfuerzos normales, actuando en la misma dirección, esta se denota por la letra griega épsilon, y se define como:

L L_Donde: = deformación normal

L

= Cambio de longitud = Longitud inicial

L

_PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES

Estas propiedades se determinan de manera experimental, en la literatura mundial existen numerosas tablas con valores ya calculados que sirven de datos para facilitar el conocimiento de estas propiedades para una persona, sin la necesidad de realizar un costoso ensayo experimental. La manera de realizar un trabajo para determinar valores de propiedades mecánicas de materiales se encuentra normalizada. Las normas que se emplean con mayor grado son las normas del Instituto Nacional de Normalización (INN) que se han adaptado para el país. Lo que no esta regulado por normas nacionales se rige por especificaciones ASTM o en su defecto las normas DIN.1

7

Dentro de las propiedades mecánicas de los materiales a analizar se listan las siguientes: _ESFUERZO MAXIMO A LA RUPTURA (máx. )

Esta propiedad se define como el máximo valor de esfuerzo que es capaz de soportar en tracción un material antes de romperse.

Pmax A_Dondeσ : Esfuerzo máximo de ruptura. Pmax : Carga máxima. A : Área inicial.

_MODULO DE ELASTICIDAD (E)

Se define como la pendiente de la curva esfuerzo vs deformación en el tramo proporcional. Físicamente se relaciona, en forma inversamente proporcional, con la deformación que experimenta el material al estar sometido a un determinado valor de esfuerzo 2 _DUCTILIDAD

Se define como la capacidad que tiene un material de soportar grandes deformaciones plásticas antes de romperse, cuando se encuentra sometido a cargas de tracción. No existe una escala o cifra de ductilidad y sólo se puede hablar en términos comparativos si un material es más dúctil que otro. 2 _FRAGILIDAD

se define como lo opuesto a la ductilidad, es decir un material frágil soportará poca o ninguna deformación plástica antes de romperse. 2

2

8

_TENACIDAD

Se dice que un material es tenaz cuando es capaz de soportar en forma simultánea grandes esfuerzos y grandes deformaciones plásticas antes de romperse. Para efectos de comparación y para decidir que material es más tenaz que otro se puede tomar como base el comparar el área bajo la curva esfuerzo vs deformación para cada material, así aquel que tenga una mayor área bajo la curva será el más tenaz.3

_PORCENTAJE DE ALARGAMIENTO

Si bien es cierto no es estrictamente una propiedad, el valor que se obtenga se puede relacionar con la ductilidad del material, ya que mide la capacidad del material para soportar deformaciones plásticas antes de romperse. 3

% alargamiento = Lf inal - Linicial *100 Linicial_PORCENTAJE DE ESTRICCION

Al igual que el porcentaje de alargamiento también entrega información acerca de la ductilidad del material ya que mide la relación entre el diámetro inicial y el diámetro final de la probeta en la zona de ruptura.3

% alargamiento = Ainicial – Afinal *100 Ainicial_Figura 2.

3

9

_ECUACION DE LA RECTA _Figura 3.

Y = mx + b_Donde: _m = pendiente, la cual será el modulo de elasticidad en los gráficos que obtendremos de los experimentos.

_GRAFICO ESFUERZO/DEFORMACION _Figura 4

_Este grafico muestra las zonas elásticas y plásticas para un material al ser sometido atracción, en el presente informe se mostraran dos gráficos para cada material, el primero similar a este, y un segundo grafico que tendrá solo la parte elástica, ya que de esta obtendremos el modulo de elasticidad para cada material ensayado.

10

_DESCRIPCION DEL EQUIPAMIENTO EMPLEADO

_MAQUINA DE ENSAYOS UNIVERSAL Las experiencias se realizaran en la maquina de ensayos universal Schenck-Trebel de 20kN de capacidad, disponible en el laboratorio de resistencia de materiales.

_Figura 5.

_EXTENSOMETRO DIGITAL El extensometro a utilizar es un instrumento digital que entrega la medición del alargamiento del material en estudio directamente en milímetros en una pantalla, pero de igual funcionamiento, en principio, que extensometro mecánico del tipo MartensKennedy. Dispositivo con una calibración de 100mm entre la cuchilla superior e inferior. _Figura 6.

11

_DESCRIPCION DEL ENSAYO

S

e realizara el ensayo de tres probetas de diferentes materiales los que son acero, cobre y fundición. Estas probetas se encuentran normalizadas según la norma DIN 56125, y corresponden a probetas largas A-12-120 lo que corresponde a 12mm de diámetro nominal y 120mm de longitud mínima en la zona de ensayo. En las probetas se marcarán un total de trece puntos, previamente a realizar el test. Estas marcas tienen la finalidad de permitir el cálculo de la longitud final de la probeta una vez que esta ha sufrido la ruptura Las dimensiones generales de la probeta deben ser medidas previamente a colocar la probeta entre las mordazas de la máquina de ensayo. Sobre la probeta se monta el extensómetro una vez que ya se encuentra posicionada en la máquina, Para mantener fija la probeta entre las mordazas se debe aplicar una ligera precarga la cual no afecta el resultado del ensayo. El ensayo se efectúa aplicando incrementos regulares de carga sobre la probeta. Cada incremento es tabulado conjuntamente con los valores de deformación que va proporcionando el indicador digital. Una vez que se ha sobrepasado la zona elástica y se estime que la carga de ruptura está cercana, el extensómetro es retirado y solamente se continúa aplicando la carga hasta la ruptura.4 _Figura 7.

Si la probeta se rompe muy cercana a una de las cabezas la longitud final se determina midiendo, en el trozo más corto, la distancia entre la fractura y el punto más alejado (distancia a), luego, en el trozo más largo, se mide la distancia b, entre la fractura y el séptimo punto contado desde el borde de ese trozo. Los restantes puntos a partir de este séptimo punto se contabilizan y se miden hacia la zona de fractura en lugar de medirlos hacia la zona de la cabeza de la probeta(figura 8). Asi la longitud final será: a+b+c. Si la probeta se rompe aproximadamente en el centro, entonces la longitud final se determina uniendo ambos trozos y midiendo directamente la distancia entre los puntos inicial y final.4

4

“guía de laboratorio Nº “ensayo de tracción simple”, profesor Edgardo Padilla, universidad de Talca, 2009”

12

_Figura 8.

13

_TABLAS DE VALORES _VALORES MEDIDOS

_ACERO:Valores Medidos ΔL(mm) 0,015 0,034 0,054 0,073 0,091 0,109 0,126 0,144 0,162 0,181 0,198 0,223 0,262 0,338 0,45 0,635 P(KN) 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64

_Carga de ruptura = 74,5 [KN] _Largo final = 29 + 68,9 + 41,25 = 129,15 [mm] _Diámetro final = 9,25 [mm] _COBRE:Valores Medidos ΔL(mm) 0,004 0,02 0,041 0,062 0,081 0,102 0,123 0,146 0,171 0,197 0,228 0,27 0,333 0,45 P(KN) 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35

_Carga de ruptura = 37 [KN] _Largo final = 18,5 + 73,9 + 40,6 = 133[mm]

14

_Diámetro final = 7 [mm] _FUNDICION:Valores Medidos ΔL(mm) 0,011 0,028 0,048 0,065 0,087 0,108 0,127 0,159 0,189 0,229 0,264 0,312 P(KN) 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18 19,5

_Carga de ruptura = 26,5 [KN] _Largo final = Largo inicial _Diámetro final = diámetro inicial

_VALORES CALCULADOS

_ACERO:

15

_COBRE:

_FUNDICION:

16

_GRAFICOS ESFUERZO DEFORMACION

_ACERO:

Esfuerzo/Deformacion6,00E-01

Esfuerzo (KN/mm²)

5,00E-01 4,00E-01 3,00E-01 2,00E-01 1,00E-01 0,00E+00 0,00E+00

1,00E-03

2,00E-03

3,00E-03 Deformacion

4,00E-03

5,00E-03

6,00E-03

E fu rzo e rmc n s e /D fo a io (p rtep s a a la tic )5 0 -0 ,0 E 1 4 0 -0 ,0 E 1 y=2 9 8 0 +0 0 7 2 ,9 6 x ,0 4 2 R =0 9 3 ,9 9

E fu rzo N m s e (K /m ²)

3 0 -0 ,0 E 1 2 0 -0 ,0 E 1 1 0 -0 ,0 E 1

0 0 +0 ,0 E 0 0 0 + 2 0 -0 4 0 -0 6 0 -0 8 0 -0 1 0 -0 1 0 -0 1 0 -0 1 0 -0 1 0 -0 2 0 -0 ,0 E 0 ,0 E 4 ,0 E 4 ,0 E 4 ,0 E 4 ,0 E 3 ,2 E 3 ,4 E 3 ,6 E 3 ,8 E 3 ,0 E 3 0 D rm io efo ac n

17

_COBRE:

E sfuerzo/D eform acion3,50E -01 3,00E -01 2,50E -01

Esfuerzo(K /m ²) N m

2,00E -01 1,50E -01 1,00E -01 5,00E -02 0,00E +00 0,00E +00 5,00E 1,00E 1,50E 2,00E-03 2,50E-03 3,00E-03 3,50E-03 4,00E-03 -04 -03 -03 D eform acion(E -03)

Esfuerzo/Deformacion (parte plastica)3,00E-01 2,50E-01 y = 119,548x + 0,026 R2 = 0,995

Esfuerzo(KN/mm²)

2,00E-01 1,50E-01 1,00E-01 5,00E-02 0,00E+00 0,00E+00

5,00E-04

1,00E-03 Deformacion

1,50E-03

2,00E-03

18

_FUNDICION:

Esfuerzo/Deformacion2,00E-01 1,80E-01 1,60E-01 1,40E-01 1,20E-01 1,00E-01 8,00E-02 6,00E-02 4,00E-02 2,00E-02 0,00E+00 0,00E+00

Esfuerzo(KN/mm²)

5,00E-04

1,00E-03

1,50E-03 Deformacion

2,00E-03

2,50E-03

3,00E-03

Esfuerzo/Deform acion (parte plastica)1,20E-01 1,00E-01 y = 81,367x + 0,0204 R2 = 0,9987

Esfuerzo(KN/m ²) m

8,00E-02 6,00E-02 4,00E-02 2,00E-02 0,00E+00 0,00E+00 2,00E-04 4,00E-04 6,00E-04 8,00E-04 1,00E-03 1,20E-03 Deform acion

19

_DATOS CALCULADOS

_ACERO:

Di=diámetro inicial Df=diámetro final Li=largo inicial Lf=largo final A0=area inicial Af=area final E= modulo de elasticidad obtenido del grafico P= fuerza de ruptura= esfuerzo de rupturaDi Df Li Lf 12 mm 9.25 mm 120 mm 129.15 mm

3.142P 74.5 KN

Af A0

( (

Df ) 4 Di) 4

7.265 mm 9.425 mm ( Lf

2 2

%alargamiento

Li) 100 Li

7.625

%

%estriccionE

( A0

Af ) 100 A0

22.917

%

KN 229.686 2 mm P 7.905 A0

KN mm2

20

_COBRE:

Di=diámetro inicial Df=diámetro final Li=largo inicial Lf=largo final A0=area inicial Af=area final E= modulo de elasticidad obtenido del grafico P= fuerza de ruptura= esfuerzo de rupturaDi Df Li Lf 12 mm 7 mm 120 mm 133 mm

3.142P 37 KN

A0

(

Di) 4 ( Df ) 4

9.425 mm2 5.498 mm2 ( Lf Li) 100 Li ( A0 Af ) 100 A0KN

Af

%alargamiento

10.833 % 41.667 %

%estriccion

E

119.548

mm

2

P A0

3.926

KN mm2

21

_FUNDICION

Di=diámetro inicial Df=diámetro final Li=largo inicial Lf=largo final A0=area inicial Af=area final E= modulo de elasticidad obtenido del grafico P= fuerza de ruptura= esfuerzo de rupturaDi Df Li Lf 12 mm 12 mm 120 mm 120 mm 3.142 P 26.5 KN

A0

(

Di) 4 ( Df ) 4

9.425

mm

2

Af

9.425 mm2 ( Lf Li) 100 Li ( A0KN%

%alargamiento

0 0 %

%estriccionE 81.367

Af ) 100 A0

mm

2

P A0

KN mm2

2.812

22

_DISCUCION DE LOS RESULTADOS

L

uego de observar los distintos resultados obtenidos lo primero que podemos decir es que cada material es diferente a la hora de resistir la fuerza de tracción aplicada. De los resultados podemos observar que el material que mas se alargo fue el cobre, seguido por el acero, y finalmente la fundición, la cual no tubo alargamiento, de esta forma podemos ver que el cobre y el acero son materiales dúctiles, pero la fundición resulto ser un material bastante frágil. De esta ultima probeta también podemos observar que su porcentaje de estriccion también fue nulo, así el mayor porcentaje de estriccion lo tubo el cobre, seguido del acero. Al comparar el esfuerzo máximo de ruptura, podemos concluir que es el acero el que resiste mayor carga en tracción, seguido por el cobre, y finalmente el acero. Al compara el área bajo la curva en los gráficos esfuerzo deformación mostrados anteriormente, podemos concluir que es el acero el más tenaz de los tres materiales, así es este ultimo el cual tiene un modulo de elasticidad mayor, y es la fundición la que posee este índice mas bajo. También podemos observar la zona donde se rompió el material, allí se pudo ver que el acero y el cobre tiene una forma de copa, mientras que la fundición poseía un corte plano.

23

_CONCLUSIONES

A

través de la experiencia realiza, y expuesta anteriormente, se han podido observar distintas características mecánica de los tres materiales ensayados, con esto hemos podido comparar los resultados con las tablas de propiedades y nos hemos dado cuenta de la valides de la información respecto a este tema. También observamos el comportamiento de un material sometido a una carga, la que genera esfuerzos de mayor envergadura a medida que se amplifica la carga. Lo anteriormente mencionado cobra relevancia a la hora de diseñar y construir un elemento mecánico, el cual al estar sometido a diversas cargas genera distintos esfuerzos y debemos observar si este material es capaz de resistir las cargas sin traspasar su limite elástico y mucho menos su resistencia a la ruptura. Así por medio de estudios como el ensayo de tracción simple los materiales demuestran sus propiedades mecánicas, así como muchas de estas propiedades ya se encuentran medidas para una gran cantidad de materiales solo basta con conocerlas para poder determinar cual es el mejor y mas adecuado material a la hora del diseño y construcción del mecanismo, dimensionando eventualmente los costos que este posee. Así de esta experiencia podemos concluir que de los tres materiales ensayados es el acero el que resalta como el de mayor ductilidad, tenacidad y que soporta grandes esfuerzos normales en tracción en comparación con los demás materiales. Bueno, podemos decir que esto ha sido una gran experiencia, ya que ha servido para comprobar los resultados que aparecen en los libros e Internet. Además esta experiencia me permitirá en un futuro, gracias al manejo de propiedades mecánicas, cual material deberá ser empleado en el diseño y construcción de un proyecto mecánico.

24

_BIBLIOGRAFIA_MECÁNICA DE MATERIALES

.

_MECÁNICA DE MATERIALES

APUNTES PROFESOR.

_http://www.frbb.utn.edu.ar/carreras/materias/elementosdemaquinas/apendice04.pdf

25

_APENDICE

Tabla de propiedades de los materiales ferrosos

Tabla de propiedades de los materiales No ferrosos

26

Introducción

En él trabajo que se presenta a continuación se tratara de lo que podríamos denominar ensayo de tracción, lo cual uno de lo principales objetivos de esté es el estudio sobre la resistencia de materiales en el estado de tracción y compresión bajo distintas cargas.Bajo este ensayo de tracción se pueden dar a conocer distintas propiedades mecánicas de los materiales gracias a la formación de un grafico dado por la maquina, llamado tensión-deformación como por ejemplo: limite de proporcionalidad, limite elástico, limite de fluencia, resistencia a tracción, resistencia de rotura, etc.

Se realizaron distintos ensayos de tracción en diferentes tipos de materiales como por ejemplo: acero, cobre, aluminio, bronce para poder conocer mejor o explícitamente como se comportan al ser sometidos a cargas axiales las que son frecuente en los problemas de diseño de estructuras y de maquinas; y conocer aun mas sobre sus propiedades mecánicas las cuales son muy relevantes.

Laboratorio

Ensayo de resistencia o tracción

Es uno de los ensayos mecánicos más importante y tiene por objeto determinar la resistencia de un determinado material a la deformación llegando a la rotura del material sometido a esfuerzos de tracción.El sistema consiste en romper una pieza llamada probeta de unas medidas exactas y normalizadas, obtenida del mismo tipo de material que él se quiere ensayar, al cual se le aplican unas fuerzas en los extremos de forma que se estira el material hasta llegar a la rotura, estudiando su deformación plástica y su alargamiento, al mismo tiempo que averiguamos la carga de rotura.

Maquina: Metrotec

Modelo: HMS/30

Características técnicas funcionales:

• Modo de control externo por P.C. • Puerto serie RS-232 de alta velocidad

Medida de fuerza (Visualización en el monitor del PC)

• Rango: 2% a 100% - Precisión 0,5% de la fuerza aplicada • Rango extendido por debajo de 1% - Precisión 1% de la fuerza aplicada

• Resolución de la medida de fuerza: +/- 25.000 puntos (Compresión / Tracción) • Típica gama de muestreo de fuerza: 50 lecturas /segundo • Tara de carga hasta el 20 % F.S.D. (Fondo de Escala) • Alarma de sobrecarga por software en PC • Pre-carga programable por software en PC

Medida de extensión/ deformación (Visualización en el monitor del PC)

• Rango único de medida (1 escala) • Resolución de lectura: 0,01 mm • Unidades seleccionables: Milímetros y Pulgadas por software en PC

Definición de conceptos

Limite de proporcionalidad (P): máxima tención que se puede producir durante un ensayo de tracción simple de modo que la tención sea función lineal de la deformación.

Limite elástico: es la tención máxima que puede producirse durante un ensayo de tracción simple de modo que no haya deformación permanente.

Zona elástica: es la región de la curva-tensión deformación llevada desde el origen hasta el límite de proporcionalidad.

Zona plástica: es la región de la curva ten-deformación que va desde el límite de proporcionalidad hasta el punto de rotura.

Limite de fluencia (Y): es cuando hay un aumento de deformación sin aumento de tención.

Resistencia a la tracción (U): resistencia ultima del material.

Resistencia de rotura (B): donde el material se fractura.

[pic]

Procedimiento

1. Se nos dan las medidas ideales de las probetas a ensayar 2. Se toman las medidas de las dimensiones de las probetas con un pie de metro para determinar la sección. 3. Se configuran los datos de la maquina necesarios, para realizar el ensayo de tracción. 4. Se determina la distancia entre mordaza, la que será nuestro largo inicial. 5. Se instala la probeta a traccionar entre las mordazas y asegurarse de que el material quede bien ajustado. 6. Se da inicio al ensayo de tracción con una precarga de 30.0 kgf. Con una velocidad de 10 mm/min.

Datos ideales de las probetas

|Precarga |: |3.000 kg ||Caída |: |95% ||Distancia entre mordazas |: |76.10 mm ||Ancho |: |2 mm ||Espesor |: |2 mm ||Largo |: |150 mm ||Sección |: |40 [pic] |

Datos ensayo de tracción acero probeta rectangular

[pic]

|Distancia entre mordazas |: |76.10 mm ||Espesor |: |2.54 mm ||Ancho |: |21.90 mm ||Sección |: | 55.85[pic] |

Resultados:

|Pto. de fluencia |: |1853.7 kg ||Extensión |: |5.42 mm ||Esfuerzo |: |33.19kg/[pic] ||Esfuerzo en pascal |: |325.16 M Pascal ||Deformación |: |7.12 % |

|Esfuerzo fluencia= [pic] |Deformación= [pic] de fluencia || | ||Esfuerzo fluencia= [pic] |Deformación= [pic] || |de fluencia ||Esfuerzo fluencia= [pic] | || |Deformación de fluencia= 7.12 % ||Esfuerzo en Pascal= 325.1 M pascal | |

|Carga máxima |: |2336.6 kg ||Extensión |: |23.27 mm ||Esfuerzo |: |41.83 kg/[pic] ||Esfuerzo en pascal |: |409.93 M Pascal ||Deformación |: |30 % |

|Esfuerzo carga máxima= [pic] |Deformación= [pic] || |Carga máx. ||Esfuerzo carga máxima= [pic] | || |Deformación= [pic] Carga máx. ||Esfuerzo carga máxima= [pic] | |

| |Deformación carga máx.= 30 % ||Esfuerzo en Pascal= 409.93 M pascal | |

|Carga de ruptura |: |548.04 kg ||Extensión |: |32.71 mm ||R. R. Ingenieril |: |9.81 kg/ [pic] ||Deformación |: |42 % |

|R. R. I.= [pic] |Deformación= [pic] || |Carga de ruptura. ||R. R. I.= [pic] | || |Deformación= [pic] ||R. R. I. = [pic] |Carga de ruptura. || | || |Deformación carga de ruptura= 42% |

[pic]

El tipo de acero es el Acero SAE 1022 es el acero más cercano a nuestros resultados de nuestro ensayo, debido a que su fluencia que es 33,19 y el de la tabla es 30, y su deformación en la carga máxima es de 31 en la tabla y en el ensayo sale que es de 30 los datos son similares y son los más parecidos a una acero SAE 1022.

Datos ensayo de tracción cobre

[pic]

|Distancia entre mordazas |: |76.10 mm ||Espesor |: |1.96 mm ||Ancho |: |19.41 mm ||Sección |: | 38.64[pic] |

Resultados:

|Carga máxima |: |1149.5 kg ||Extensión |: |4.21 mm ||Esfuerzo |: |29.74 kg/[pic] ||Esfuerzo en pascal |: |291.45 M Pascal ||Deformación |: |5.5 % |

|Esfuerzo carga máxima= [pic] |Deformación= [pic] || |Carga máx. |

|Esfuerzo carga máxima= [pic] | || |Deformación= [pic] Carga máx. ||Esfuerzo carga máxima= [pic] | || |Deformación carga máx.= 5.5 % ||Esfuerzo en Pascal= 291.45 M pascal | |

|Carga de ruptura |: |131.19 kg ||Extensión |: |10.936 mm ||R.R. ingenieril |: |3.39 kg/[pic] ||Deformación |: |14 % |

|R. R. I.= [pic] |Deformación= [pic] || |Carga de ruptura. ||R. R. I.= [pic] | || |Deformación= [pic] ||R. R. I. = [pic] |Carga de ruptura. || | || |Deformación carga de ruptura= 14 % |

Datos ensayo de tracción bronce

[pic]

|Distancia entre mordazas |: |76.10 mm ||Espesor |: |2 mm ||Ancho |: |19.26 mm ||Sección |: | 38.52[pic] |

Resultados:

|Carga máxima |: |1561.6 kg ||Extensión |: |7.92 mm ||Esfuerzo |: |40.53 kg/[pic] ||Esfuerzo en pascal |: |397.29 MPascal ||Deformación |: |10 % |

|Esfuerzo carga máxima= [pic] |Deformación= [pic] || |Carga máx. ||Esfuerzo carga máxima= [pic] | |

| |Deformación= [pic] Carga máx. ||Esfuerzo carga máxima= [pic] | || |Deformación carga máx.= 10 % ||Esfuerzo en Pascal= 397.29 M pascal | |

|Carga de ruptura |: |93.32 kg ||Extensión |: |13.90 mm ||R.R. ingenieril |: |2.42 kg/[pic] ||Deformación |: |18 % ||R. R. I.= [pic] |Deformación= [pic] || |Carga de ruptura. ||R. R. I.= [pic] | || |Deformación= [pic] ||R. R. I. = [pic] |Carga de ruptura. || | || |Deformación carga de ruptura= 18 % |

Datos ensayo de tracción aluminio

[pic]

|Distancia entre mordazas |: |76.10 mm ||Espesor |: |1.98 mm ||Ancho |: |19.52 mm ||Sección |: | 38.64[pic] |

Resultados:

|Carga máxima |: |620.5 kg ||Extensión |: |3.59 mm ||Esfuerzo |: |16.05 kg/[pic] ||Esfuerzo en pascal |: |157.37 M Pascal ||Deformación |: |4 % |

|Esfuerzo carga máxima= [pic] |Deformación= [pic] || |Carga máx. ||Esfuerzo carga máxima= [pic] | || |Deformación= [pic] Carga máx. |

|Esfuerzo carga máxima= [pic] | || |Deformación carga máx.= 4 % ||Esfuerzo en Pascal= 157.37 M pascal | |

|Carga de ruptura |: |150.46 kg ||Extensión |: |5.57 mm ||R.R. ingenieril |: |3.89 kg/[pic] ||Deformación |: |7 % ||R. R. I.= [pic] |Deformación= [pic] || |Carga de ruptura. ||R. R. I.= [pic] | || |Deformación= [pic] ||R. R. I. = [pic] |Carga de ruptura. || | || |Deformación carga de ruptura= 7 % |

[pic]Grafico de los 4 materiales y su deformación durante el ensayo.

Conclusión

En este trabajo realizado se obtuvo que en el material ensayado en una maquina tenso métrica llega a sus límites de esfuerzos y elasticidad de acero hasta llegar a la ruptura se analizo y con esas mediciones podemos identificar el tipo de material y pudimos definir mejor sus aplicaciones. Se coloco a prueba la elasticidad de cada uno de los materiales como el acero, bronce, cobre y aluminio, cada uno de estos materiales tiene distinto tipo de elasticidad, deformación etc.

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FISICAS Y FORMALES PROGRAMA PROFESÌONAL DE INGENIERÌA MECÀNICA, MECCÀNICA-ELÈCTRICA Y MECATRÒNICA {draw:frame} CURSO: PRACTICA MATERIALES DE FABRICACION FROFESOR: ING. EMILIO CHIRE NOMBRE: Dison Uziel Orihuela Quispe SECCIÒN: B GRUPO: 2

OBJETIVO El objetivo principal de la práctica principal de la prácticaes analizar el comportamiento de los diferentes y/o diversos metales o materiales metálicos al ser sometidos a un esfuerzo de tensión uniaxial. Esto es necesario para poder calcular calcularla resistencia a la tracción de cada uno de los materiales de ensayo o ensayados. MARCO TEORICO Cuando se habla de una prueba de tracción usualmente nos referimos a un ensayo que se realiza en una máquina que permite medir la deformación y la fuerza aplicada a una probeta fabricada con el material que se desea ensayar. Si la prueba se realiza correctamente, permite conocer las propiedades mecánicas fundamentales del material que son de vital importancia en el diseño. Utilizando sistemas estandarizados de ensayo, la prueba se puede convertir en un criterio de aceptación o rechazo de un producto después de establecer si el material posee determinadas propiedades mecánicas y tendrá un buen comportamiento durante el tiempo de servicio. Existen muchos ensayos en los que la prueba se realiza directamente en la pieza terminada para poder reproducir exactamente las condiciones de carga reales del elemento. CASO PRACTICO DESCRIPCION GENERAL Para realizar el ensayo se dividióa los estudiantes en grupos de 3 integrantes. A cada grupo se le entrego una probeta de ensayo. Se midióla longitud de la probeta, y asípoder hallar el centro de la probeta. A la probeta dada se le midióel diámetro, el cual fue multiplicado por 10,este resultado nos dio los extremos de elongación y tracción de la probeta(extremos a partir del cual la probeta comenzará su tracción y elongación determinada). Diámetro=12.7mm, Longitud=127mm a partir del centro. Se calibro la maquina a ceroy se puso la cantidad de fuerza que se utilizo para la elongación y tracción de la probeta, se obtuvo el error de la máquina para luego aumenta dicho error a los resultados.(error=40, fuerza=5 toneladas) La probeta fue puesta en la parte correspondiente de la maquina universal de ensayo. Se ajustólos extremos de la probeta dentro del margen correspondiente, de modo que solo quedola longitud a partir de la cual sucederá laelongación y tracción de la probeta. Para hallar el resultado de la elongación y tracción de la probeta se puso se puso una hoja milimetrada a la maquina. Después de realizar los ajustes necesarios se puso en funcionamiento de la maquina, este nos dio los resultados de: limite de elasticidad (P), punto de rotura (N), esfuerzo máximo (Pmax). (P=4460, N 4280, Pmax=4460).Estas repuestas se son dieron el la hoja milimetrada que se puso en la maquina. {draw:frame} {draw:frame} Para luego poder determinar el diámetro inicial,diámetro final, longitud inicial y la longitud final Diámetro inicial Do = Diámetro final Df = Longitud inicial Lo = Longitud final Lf =

ENSAYO DE TRACCIÓN CIENCIA DE LOS MATERIALES OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES Observar de modo práctico el comportamiento de una probeta de acero que se encuentran sometidos a cargas axiales en tracción, las cuales serán amplificadas gradualmente hasta lograr la ruptura del material. Determinar a partir de los datos obtenidos en la experiencia, los diferentes valores para las distintas propiedades mecánicas del material (esfuerzo máximo a la tracción, modulo de elasticidad, ductilidad, fragilidad, entre otros). Este ensayo consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Las velocidades de deformación en una ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas (ε=10-4 a 10-2 s-1). Los resultados arrojados por este laboratorio permiten determinar diferentes características que informan la vida útil del material, además hay que considerar los trabajos a los que va estar sometido para conocer cuál es la relación entre los esfuerzos que se aplican y las deformaciones que se producen y cuál es la máxima deformación que admite el material sin llegar a romper. PROBETA La probeta utilizaba las dimensiones y la forma según la norma ASTM A370 La probeta del ensayo se encuentra estandarizada por la norma ASTM E8-08 Maquina De Ensayos Universal: Las experiencias se realizo en la máquina de ensayos universal Shimadzu AG 250 KN de capacidad, disponible en el laboratorio de resistencia de materiales. Extensómetro Digital: El extensómetro a utilizar es un instrumento digital que entrega la medición del alargamiento del material en estudio directamente en milímetros en una pantalla, pero de igual funcionamiento, en principio, que extensómetro SG 50-100 shimadzu. Dispositivo con una calibración de 100mm entre la cuchilla superior e inferior. DESCRIPCION DEL PROCEDIMIENTO Antes de comenzar el ensayo de tracción se tomaron las respectivas medidas de la probeta y se marco en dos puntos a una distancia de 50 mm. Estas marcas tienen la finalidad de permitir el cálculo de la longitud final de la probeta una vez que esta ha sufrido la ruptura. Las dimensiones generales de la probeta fueron tomadas antes de colocar la probeta entre las mordazas de la máquina de ensayo. Para mantener fija la probeta entre las mordazas se aplico una ligera precarga la cual no afecta el resultado del ensayo. El ensayo se efectúo aplicando incrementos regulares de carga sobre la probeta a una velocidad establecida por la normas antes mencionadas. Cada incremento fue tabulado conjuntamente con los valores de deformación que va proporcionando el indicador digital. Se le aplico carga a la probeta hasta el punto de ruptura, donde se tomaron los datos finales de alargamiento, área trasversal y demás datos necesarios para hacer y llegar a las conclusiones. Datos y cálculos Longitud inicial de la probeta: 50 Mm.

Ancho: 12.8 Mm. Espesor: 3.3 Mm. Área De La Sección Transversal Inicial: 165 mm2 Longitud final de la probeta: 54mm Ancho final: 9,1 Mm. Espesor final: 2,2 Mm. Área De La Sección Transversal Final: 118.8 mm2 {draw:frame} PREGUNTAS ENSAYO DE TRACCION: ∆L = Lf – Lo. Esfuerzo = F/A (Área inicial transversal). Zona elástica. Zona plástica. 10.Marcar (Esfuerzo) Max, (Esfuerzo) de cadencia, (Esfuerzo) de ruptura y los valores y su correspondiente deformaciones unitarias. 11.Marcar donde se cumple ley de hooke. 12.Hallar modulo de elasticidad. 13.Hallar modulo de resiliencia. 14.Calcular la ductilidad del material. 15.El material es dúctil o frágil (con base a la curva). 16. 17.¿Qué probeta es más frágil y cuál más dúctil? ¿Influye la temperatura en los resultados de las pruebas a tracción SOLUCION ∆L = 54 mm – 50 mm=4 mm A. transversal= 165 mm2 =0.000165 m2 Deformación Ingenieril: 4 mm / 50 mm= 0.08 mm 15) El material es frágil ya que su elongacion fue muy baja, además hubo una ruptura en el objeto ensayado sin percibirse casi la deformación, basándonos en la curva que nos muestra la grafica lo podemos afirmar ya que su zona elástica es inferior a la plástica que como sabemos es en la zona donde ya hay deformación irreversible. 17) COCLUSIONES