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ENSAYO DE MATERIALES I

PRÁCTICA N° 3

TÍTULO:

ENSAYO DE TRACCION AL ACERO

FECHA DE EJECUCIÓN:

JUEVES, 14 DE ABRIL DEL 2011 (14h00-17h00)

FECHA DE ENTREGA:

JUEVES, 14 DE ABRIL DEL 2011 (14h00-17h00)

GRUPO

INTEGRANTES:

CABREBA VALLADARES OSWALDO JAVIER

CARRERA CASTILLO WILSON HOMERO

LUCERO JOSUE

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1. INTRODUCCION:

ACERO LAMINADO EN CALIENTE

El acero laminado en caliente es bajo y medio en carbono, y presenta una estructura de

granulado fino que le proporciona elevadas características mecánicas, buena

conformabilidad y excelente soldabilidad. Cuando es combinado con Nb, Ti, V, etc. y

utilizando los parámetros de proceso adecuados es factible obtener aceros de alta resistencia

y alta tenacidad.

Por estas características, está recomendado especialmente para piezas de estructuras

mecano-soldadas, para el plegado o perfilado, y para el montaje mediante soldadura,

remachado o pegado.

Sin embargo, a diferencia de otros tipos de acero (tratados o recubiertos), no está tan

pensado para soportar las inclemencias del tiempo, o la corrosión que producen ciertos

ámbitos particulares de utilización.

Suele ser utilizado para la fabricación de caños soldados, y en las industrias de la

construcción, automotriz y agropecuaria.

El proceso de laminado consiste en calentar previamente los lingotes de acero fundido a

una temperatura que permita la deformación del lingote por un proceso de estiramiento y

desbaste que se produce en una cadena de cilindros a presión llamado tren de laminación.

Estos cilindros van conformando el perfil deseado hasta conseguir las medidas adecuadas.

Las dimensiones del acero que se consigue no tienen tolerancias muy ajustadas y por eso

muchas veces a los productos laminados hay que someterlos a fases de mecanizado para

ajustar su tolerancia.

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El tipo de perfil de las vigas de acero, y las cualidades que estas tengan, son determinantes

a la elección para su aplicación y uso en la ingeniería y arquitectura. Entre sus propiedades

están su forma o perfil, su peso, particularidades y composición química del material con

que fueron hechas, y su longitud.

Entre las secciones más conocidas y más comerciales, que se brinda según el reglamento

que lo ampara, se encuentran los siguientes tipos de laminados, se enfatiza que el área

transversal del laminado de acero influye mucho en la resistencia que está sujeta por efecto

de fuerzas.

Ángulos estructurales L

Es el producto de acero laminado que se realiza en iguales que se ubican equidistantemente

en la sección transversal con la finalidad de mantener una armonía de simetría, en ángulo

recto. Su uso está basado en la fabricación de estructuras para techados de grandes luces,

industria naval, plantas industriales, almacenes, torres de transmisión, carrocerías, también

para la construcción de puertas y demás accesorios en la edificación de casas.

Perfiles T

Al igual que en anterior su construcción es en caliente producto de la unión de láminas.

Estructuras metálicas para construcción civil, torres de transmisión, carpintería metálica.

Barras redondas lisas y pulidas

Producto laminado en caliente, de sección circular y superficie lisa, de conocimiento muy

frecuente en el campo de la venta de varillas. Sus usos incluyen estructuras metálicas como

lo pueden ser puertas, ventanas, rejas, cercos, elementos de máquinas, ejes, pernos y tuercas

por recalcado en caliente o mecanizado; y también ejes, pines, pasadores, etc.

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Pletinas

Producto de acero laminado en caliente, de sección rectangular. Entre sus usos está la

fabricación de estructuras metálicas, puertas, ventanas, rejas, piezas forjadas, etc.

Barras cuadradas

Producto realizado en caliente por láminas, su uso es muy frecuente y muy conocido. Se

usan en la fabricación de estructuras metálicas, puertas, ventanas, rejas, piezas forjadas, etc.

Barras hexagonales

De igual manera que en los anteriores su composición es de láminas producidas en caliente,

de sección hexagonal, y superficie lisa. Generalmente se observa en la fabricación de

elementos de ensamblaje para, pernos, tuercas, ejes, pines, chavetas, herramientas manuales

como barretas, cinceles, puntas, etc. Los cuales pueden ser sometidos a revenido y a temple

según sea el caso.

ACERO TREFILADO

El alambre de acero trefilado es un material de gran interés industrial. Se emplea

masivamente en las obras de hormigón pretensado, en los cables de la minería, de la

industria pesquera y en la industria automotriz como hilos muy finos para refuerzo de

neumáticos.

El proceso de trefilado consiste esencialmente en reducir las dimensiones de una barra

haciéndola pasar a través de una matriz por estirado en frío. Uno de los problemas, aún no

resuelto satisfactoriamente, en la fabricación de este material, es la eliminación de las

tensiones residuales producidas durante el trefilado.

En el proceso, los alambres sufren una gran deformación plástica que origina su aparición,

pudiendo llegar a tener una gran influencia en el comportamiento mecánico de los alambres

y en su durabilidad. La presencia de tensiones residuales de tracción en la superficie puede

favorecer la formación de fisuras que pueden acortar la vida del alambre por fatiga cuando

se encuentra sometido a cargas variables o bien producir roturas frágiles por corrosión bajo

tensión.

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Los fabricantes conocen los efectos dañinos de las tensiones residuales y tratan de paliar su

influencia mediante tratamientos termo mecánicos después del trefilado. Hoy en día, estas

técnicas siguen siendo más un arte que una ciencia, debido a la escasez de datos fiables. Lo

poco que se sabe es celosamente guardado por cada fabricante.

2. OBJETIVOS:

1. Observar el comportamiento de dos tipos de acero sujetos a tracción (Pletina

de acero laminado en caliente y una varilla de acero trefilado).

2. Identificar claramente las zonas y puntos importantes en el diagrama

esfuerzos vs. deformaciones.

3. Determinar el porcentaje de alargamiento de los materiales a usar, y la carga

máxima que pueden soportar.

3. MATERIAL

1. Pletina de acero laminado en caliente. (200 x 39 x 6) mm.

2. Varilla de acero trefilado. L = 250mm; D = 6 mm

4. EQUIPO UTILIZADO:

1. Máquina Universal 300 KN escala media A = ± 5 kgf

2. Compás de puntas secas

3. Deformímetro 1 A = +/- 2.5 x 10-3 mm.

4. Deformímetro 2 A = +/- 1 x 10-2 mm.

5. Calibrador A = +/- 0.5 mm

5. PROCEDIMIENTO:

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1. Utilizando el calibrador tomamos las respectivas medidas iniciales de la probeta de

acero.

2. Tomamos las medidas correspondientes para el uso de la máquina universal.

3. Colocamos la lámina de acero laminada en caliente verticalmente en la máquina.

4. Aplicamos una variación de cargas a la lámina desde 5 KN hasta 70KN, una vez

rebasado los 70KN leemos cargas para deformaciones desde 100 en intervalos de

50 mm hasta completar 200 mm, luego cada 100 mm hasta 1000mm, luego cada

200mm desde 1200mm hasta 2600mm y por último leemos cargas para

deformaciones en porcentaje de la longitud inicial por medio de el compas de

puntas secas desde 5% en intervalos de 5 % hasta completar 25%. Para terminar

vemos la deformación en porcentaje de la rotura de la pieza (27%).

5. Del procedimiento anterior tomamos con el deformímetro los valores de las

deformaciones producidas en la lámina, y los registramos en una tabla.

6. Con el calibrador medimos las dimensiones finales de la probeta ensayada, en

especial de las 8 divisiones marcadas en la probeta. También registramos los valores

de a y b por si acaso la rotura se presente fuera del tercio medio y haya que

rediseñar la pieza.

7. Realizamos la gráfica esfuerzos deformaciones y determinamos las constantes

mecánicas que se obtuvieron.

8. Para la barra de acero trefilado, leemos deformaciones para cargas de 2KN en

intervalos de 2KN hasta completar 14KN, luego tomamos como datos las cargas

para deformaciones desde 100 hasta 200 mm/mm en rangos de 50 mm/mm, luego

registramos los datos desde 200 hasta 1400 mm/mm en rangos de 100 mm/mm, por

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ultimo registramos en porcentaje el valor de la deformación en el cual se produce la

rotura (6%).

9. Tomamos los valores de a y b de la pieza para rediseñarla si la rotura se presenta

fuera del tercio medio.

GRÁFICO:

PLETINA DE ACERO LAMINADO EN CALIENTE

Lo = 200 mm

X = 6 mm

100 mm 8 PARTES IGUALES 100 mm

L = 460 mm

BARRA DE ACERO TREFILADO

L = 400 mm

6 mm

Lo = 250 mm

TABLA 1: Pletina de acero laminado en caliente

L = 460 mm Lo = 200 mm

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Espesor = 6 mm A = 234 mm2

1 2 3 4 5

N°CARGA DEFORMIMETRO ESFUERZO DEFORMACION

KN 25 X 10 -4 mm σ (Mpa) ε (mm/mm x 10 -3)1 0,00 0 0,000 0,0002 5,00 3 21,368 0,0383 10,00 5 42,735 0,0634 15,00 8 64,103 0,1005 20,00 10 85,470 0,1256 25,00 12 106,838 0,1507 30,00 14 128,205 0,1758 35,00 19 149,573 0,2389 40,00 28 170,940 0,35010 45,00 35 192,308 0,43811 50,00 42 213,675 0,52512 55,00 49 235,043 0,61313 60,00 57 256,410 0,71314 65,00 66 277,778 0,82515 70,00 84 299,145 1,05016 70,37 100 300,726 1,25017 71,00 150 303,419 1,87518 71,10 200 303,846 2,50019 71,27 300 304,573 3,75020 71,83 400 306,966 5,00021 72,29 500 308,932 6,25022 72,46 600 309,658 7,50023 72,85 700 311,325 8,75024 73,16 800 312,650 10,00025 73,38 900 313,590 11,25026 73,63 1000 314,658 12,50027 73,75 1200 315,171 15,00028 74,02 1400 316,325 17,50029 76,09 1600 325,171 20,00030 78,09 1800 333,718 22,50031 79,83 2000 341,154 25,00032 81,46 2200 348,120 27,50033 83,03 2400 354,829 30,00034 84,01 2600 359,017 32,50035 85,75 4000 366,453 50,00036 99,91 8000 426,966 100,00037 104,75 12000 447,650 150,00038 105,65 16000 451,496 200,00039 99,88 20000 426,838 250,000

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40 80,15 21600 342,521 270,000

Longitud final de los Segmentos

1 = 31.7 mm 5 = 30.4 mm

2 = 35.1 mm 6 = 29.8 mm

3 = 37.0 mm (Punto de rotura) 7 = 29.9 mm

4 = 33.1 mm 8 = 29.8 mm

CARACTERISTICAS DEL ACERO LAMINADO EN CALIENTE

21.368E = ------------------ 0.038 × 10-3

E = 562315,79 Mpa

σF = 315.171 Mpa

e = 20%

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0.000 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.0000.000

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

450.000

500.000

PROBETA DE ACERO LAMINADO EN CALIENTEESFUERZO - DEFORMACIONES

ɛ (mm/mm x 10 -3)

σ (Mpa)

ZONA DE ENDURECIMIENTO

ZO

NA

DE

FL

UE

N-

CIA

ZONA DE ENDURECIMIENTO

ZO

NA

DE

FL

UE

N-

CIA

LIMITE PROPORCIONAL

LIMITE ELÁSTI-CO

LIMITE DE FLUENCIA

PUNTO DE INESTABILI-DAD

LA PLETINA DE ACERO ES UN MATERIAL DUCTIL

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

5

10

15

20

25

30

35

40

DEFORMACION - SEGMENTO

SEGMENTO

DEFO

RMAC

IÓN

* El punto de falla está en la medición 3 la cual es 37mm

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TABLA 2: Barra de acero trefilado

L = 400 mm Φ = 6 mm

Lo = 250 mm A= 28.27 mm2

1 2 3 4 5

N°CARGA DEFORMIMETRO Esfuerzo DEFORMACION

KN 1 x 10 ^ -2 mm σ (Mpa) ε (mm/mm x 10^ -2)1 0,00 0 0,000 0,0002 2,00 8 70,736 0,0323 4,00 17 141,471 0,0684 6,00 25 212,207 0,1005 8,00 34 282,942 0,1366 10,00 43 353,678 0,1727 12,00 53 424,413 0,2128 14,00 61 495,149 0,2449 15,22 100 538,297 0,40010 15,66 150 553,859 0,60011 15,99 200 565,531 0,80012 16,41 300 580,385 1,20013 16,55 400 585,337 1,60014 16,93 500 598,776 2,00015 17,04 600 602,667 2,40016 17,23 700 609,387 2,80017 17,24 800 609,740 3,20018 17,38 900 614,692 3,60019 17,42 1000 616,106 4,00020 17,45 1200 617,168 4,80021 17,45 1400 617,168 5,60022 10,47 1500 370,301 6,000

CARACTERISTICAS

(353.687 – 282.942)E = ------------------------------- = 196513,99 (1.72 × 10-3 – 1.36 × 10-3)

e = 6 %

σF = 570 MPa

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0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.8000.000

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

700.000

BARRA DE ACERO TREFILADOESFUERZO - DEFORMACION

ɛ (mm/mm x 10 -2)

σ (Mpa)

* El acero laminado en frío es un material frágil, pero en este caso es aparentemente dúctil.

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FOTOGRAFÍAS

PLETINA DE ACERO LAMINADA EN CALIENTE

Previo al ensayo Probeta ensayada

TIPO DE FALLA: En forma de parábola, cerca a un extremo.

BARRA DE ACERO TREFILADO

Previo al ensayo Probeta ensayada

TIPO DE FALLA: En forma de cráter,

cono y sedoso.

6. CONCLUSIONES:

1. La longitud de la sección reducida

depende de la clase del material que

usemos, con los metales dúctiles se debe

determinar el alargamiento o la

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reducción de área, la longitud debe ser suficiente para permitir una ruptura normal,

como se determinó en la pletina.

2. La carga máxima que soportó la pletina fue de 105,65 KN con una deformación del

20% de su longitud inicial, y concluimos que es dúctil.

3. La carga máxima que soportó la barra de acero trefilado fue de 10,47 KN con una

deformación del 6% de su longitud inicial, lo que quiere decir que es dúctil.

7. RECOMENDACIONES:

1. La forma de los extremos debe ser adecuada al material que ajuste debidamente en

el dispositivo de sujeción

2. Para el ensayo de la barra la longitud debe ser lo suficientemente larga para que se

adapte a las mordazas cuneiformes.

3. La probeta debe ser simétrica con respecto a un eje longitudinal a toda su longitud,

para evitar la flexión durante toda la carga.

8. CÁLCULOS TIPO

BARRA DE ACERO TREFILADO

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ÁREA

A = π d 2/4

A = 3.1416 (6 mm) 2/4

A= 28.27433 mm2

ESFUERZO

σ = P /A

σ = 2 KN / 28.27433 mm2

σ = 0.0707 Mpa

DEFORMACION ESPECÍFICA

Є = Δ L / Lo Lo= 250 mm

Є = 8 x 10-2 / 250 mm

Є = 0.032 x 10-2 mm/mm

REDISEÑO DE LAS PIEZAS

PLETINA DE ACERO LAMINADO EN CALIENTE:

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Para rupturas entre los segmentos A (1) y C (3) pero más cercanas a B (2) que A (1)

∆ L=[AC+2CF ] final−AI original

AC = a CF = b AI = Lo

∆ L=67,6+2 (184,6 )−200

∆ L=¿ 236.8 mm

VARILLA DE ACERO LAMINADO EN FRIO:

Para rupturas entre los segmentos A (1) y C (3) pero más cercanas a B (2) que A (1)

∆ L=[AC+2CF ] final−AI original

AC = a CF = b AI = Lo

∆ L=49,6+2 (164,3 )−250

∆ L=¿ 128.2 mm

9. BIBLIOGRAFÍA:

1. ENSAYE E INSPECCIÓN DE LOS MATERIALES DE INGENIERIA Por Harmer

E. Davis

2. www.wikipedia.com

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3. www.acesco.com

4. http://foros.construaprende.com/acero-laminado-en-caliente-y-laminado-en-frio-

vt6869.html.