Lab Tracción

7/25/2019 Lab Traccin

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LABORATORIO DE TRACCIN

FREDDY ANTONIO PEA GONZALEZFABIAN ACOSTA VEGA

JUAN DAVID ARGELLO

DocenteING. LUIS ANTONIO

Lao!ato!"o #e $ate!"a%e&

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE FISICO'(EC)NICAS

INGENIER*A (EC)NICABUCARA(ANGA

+, #e A-o&to #e +/,


2/27

OBJETIVO GENERAL.

Analizar el comportamiento del acero y la fundicin al ser sometidos a esfuerzos de tensinaxial.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Reconocer y determinar de manera prctica las distintas propiedades mecnicas delas probetas de acero y fundicin sometidas a esfuerzos de tensin axial.

Reconocer y diferenciar los estados zona elstica y zona plstica de los metales.

Construir e interpretar la grfica Esfuerzo Vs Deformacin.


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/0 (ARCO TERICO

El acero es una aleacin ferrosa compuesta principalmente por hierro y carbono estos seproducen de dos maneras! refinando mineral de hierro o reciclando chatarra de acero. "a

clasificacin de los aceros se hace en base al diagrama hierro carbono #Diagrama 01$% elcual clasifica los aceros y las fundiciones de hierro mediante su contenido de carbono ytambi&n ayuda a comprender el comportamiento de estos frente a los tratamientost&rmicos.

Diagrama 01. Muestra el diagrama hierro-carbono."os aceros se pueden clasificar en dos grupos! Aceros ingenieriles y estructurales y lasfundiciones de hierro.


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Ace!o& "n-en"e!"%e& 1 e&t!2ct2!a%e&3

De las sociedades encargadas de la clasificacin de los aceros ingenieriles% se destacan! elAISI#American 'ron and (teel 'nstitute$ y el SAE#(ociety of Automoti)e Engineers$ los

cuales utilizan un n*mero de cuatro o cinco d+gitos para ,describir- el tipo de acero. ,"osdos primeros n*meros se refieren a los principales elementos de aleacin presentes y los*ltimos dos o tres se refieren al porcentae de carbono-. "a sociedad encargada de laclasificacin de los aceros estructurales es laAST(#American (ection of the 'nternationalAssociation for /esting 0aterials$ y los clasifican mediante un ,grado-% una ,clase- o un,tipo- los cuales definen tanto el contenido de carbono del acero como sus propiedades.

"os aceros ingenieriles pueden ser de dos clases principales! de baa aleacin y de altaaleacin. "os aceros al carbono de baa aleacin son aleaciones 1ue tienen un porcentae enpeso desde un 2.223 a un 4.56.

"os aceros de alta aleacin! son a1uellos en los 1ue el total de elementos de aleacin%distintos del carbono% superan el 7 por ciento en peso. Dichos elementos encarecen el acero%y slo se ustifica por la meora sustancial de ciertas propiedades. 8n eemplo de aceros dealta aleacin son los aceros inoxidables% los cuales tienen un alto porcentae de cromometal 1ue hace al acero resistente a la corrosin. 9tro eemplo son los aceros deherramientas% a los cuales se les agregan elementos aleantes con el fin de obtener la durezare1uerida para aplicaciones de mecanizado.

"os aceros de herramientas: ,presentan resistencia y dureza mximas% y se emplean paracortar% mecanizar o dar forma a otro material-. :oy en d+a se adicionan elementos aleantespara meorar las propiedades de este tipo de acero tanto as+ 1ue las propiedades son las1ue definen el porcentae en peso de cada uno de estos elemento.;or eemplo! si se re1uiereun l+mite elstico ele)ado% la estructura ptima se consigue con re)enidos baos y altocontenido de carbono si se busca meorar la tenacidad% se incrementa la cantidad de silicio%o si se busca meorar la resistencia en caliente se ae?C?(i% en las cuales el contenido de carbono es superior alcarbono de saturacin de la austenita% lo cual permite 1ue se forme grafito en lugar decementita durante la solidificacin. Estas fundiciones son ideales para crear piezas conformas compleas% puesto 1ue sus temperaturas de fusin y su )iscosidad #en fase l+1uida$son lo ,relati)amente baas- por1ue no forman capas superficiales indeseadas durante la

colada% lo cual permite 1ue sean excelentes materiales para moldeo. Existen distintos tiposde fundiciones! fundiciones blancas% fundiciones grises y fundiciones d*ctiles% entre otros.

Las fundiciones blancas: obedecen al diagrama >e?C meta?estable. Estas fundicionestienen este nombre debido a la superficie de rotura caracter+stica! blanca y brillante. Estasfundiciones son duras% resistentes al desgaste y muy frgiles.


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Las fundiciones grises: presentan una superficie de rotura gris% consecuencia de lapresencias de grafito. ,'ncorporan contenidos en carbono entre el 5.7 y el @ por ciento enpeso% 8n contenido significati)o de silicio #5 a 3 por ciento$ lo 1ue fa)orece la precipitacindel grafito. "a precipitacin en forma de placas afiladas y puntiagudas de grafito contribuye

a tener fragilidad% por lo 1ue son preferibles las formas nodulares-.

La fundicin dctil (o nodular): obtiene su nombre por la meora de las propiedadesmecnicas de la fundicin gris #producto de la adicin una pe1ue


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a8 L9$"te #e :!o:o!c"ona%"#a#3(e obser)a 1ue )a desde el origen 9 hasta el punto llamado l+mite de proporcionalidad% esun segmento de recta rectil+neo% de donde se deduce la tan conocida relacin deproporcionalidad entre la tensin y la deformacin enunciada en el a


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+0En&a1o #e t!acc"7n3

El ensayo de traccin #tensin$ es a1uella prueba de estudio 1ue consiste en someter unaprobeta #del material de estudio$ a esfuerzos normales% con el fin de analizar los )alores de

los distintos tipos de esfuerzos como los mostrados en el Diagrama 25. (i el material esd*ctil% su comportamiento con respecto a las cargas a las 1ue es sometido en este ensayotendr este comportamiento. El esfuerzo #al 1ue es sometido la probeta$ se define de lasiguiente forma.

=P

A0

(Ecuacin01)

9tro aspecto importante 1ue se estudia en este ensayo es la deformacin unitaria. Dichadeformacin se define como ,la deformacin por unidad de longitud- de la probeta deestudio. 0atemticamente se define de la siguiente forma.

=

L(Ecuacin 02)

Dnde! es la deformacin unitaria% es la deformacin total de la probeta y " es la

longitud inicial de la )arilla #antes de ser deformada$.8na representacin f+sica del fenmeno expresado en la Ecuacin 25. Es el siguiente.

Imagen 01.Muestra el fenmeno fsico ue se !roduce cuando se somete una "arilla a esfuer#osnormales.


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A continuacin se definirn los conceptos mostrados en el diagrama esfuerzo?deformacin#Diagrama 25$.

Comportamiento Elstico!

,9curre cuando las deformaciones unitarias en el modelo estn dentro de la reginligeramente sombreada 1ue se muestra en la figura- #Diagrama 25$. "a ,cur)a- propia deesta regin es en realidad una l+nea recta. El l+mite superior del esfuerzo en esta relacin se

conoce como lmite de !ro!orcionalidad pl (i el esfuerzo excede un poco este l+mite% es

posible 1ue el material a*n pueda responder elsticamente. El lmite el$sticoes el puntoespec+fico 1ue di)ide la regin elstica de la zona de comportamiento plstico.

>luencia!

"a fluencia es a1uel comportamiento 1ue ad1uieren los materiales cuando superan el l+mite

elstico el cual pro)ocar colapso del material y causar 1ue se deforme de manerapermanente. El esfuerzo 1ue origina la fluencia es conocido como el esfuer#o de fluencia%

Y y la deformacin 1ue ocurre tiene el nombre de deformacin !l$stica.

Endurecimiento por deformacin!

,Cuando la fluencia ha terminado% puede aplicarse ms carga a la probeta% resultando unacur)a 1ue se ele)a continuamente pero se )a aplanando hasta llegar a un esfuerzo mximo%

llamado esfuer#o ltimo% U -. Dicha cur)a se conoce como endurecimiento !or

deformacin.

>ormacin del cuello o estriccin!

Despu&s de llegar al esfuerzo *ltimo% el rea de la seccin trans)ersal comienza a disminuiren una zona espec+fica de la probeta en lugar de hacerlo en toda su longitud este fenmenose produce por1ue los ,planos de deslizamiento 1ue se forman dentro del material y lasdeformaciones producidas son causadas por esfuerzos cortantes-% desarrollndose as+ el,cuello- o estriccin. Dicho ,cuello- se reduce hasta 1ue la probeta finalmente termina

rompi&ndose punto donde el esfuerzo se conoce como esfuer#o de fractura% f

Le1 #e 4oo=e3


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"a ley de :ooe establece la relacin lineal existente entre el mdulo de &oung FEG y ladeformacin unitaria de forma 1ue ,un aumento en el esfuerzo causa un aumentoproporcional en la deformacin unitaria-. "o anterior se puede apreciar en la siguienteecuacin.

=E(Ecuacin03)

La 'cuacin 0. lo es "$lida si el material se encuentra en la regin el$stica.

Endurecimiento por deformacin!

"a deformacin plstica permanente es a1uella 1ue se produce cuando el material essometido a esfuerzos superiores al del l+mite elstico. Cuando un material se carga porencima de su punto de fluencia y luego se descarga% &ste se alargar un poco ms de sulongitud original pero tendr un comportamiento de descarga similar al de la reginelstica debido a las fuerzas interatmicas presentes en el material% como se muestra en elsiguiente diagrama.


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D"a-!a$a >. 0uestra el proceso de descarga del material cuando se encuentra en la reginplstica.

Como se obser)a en el Diagrama 23% la pendiente de la l+nea 9A es la misma 1ue lapendiente 9HAH es debido a este comportamiento 1ue el mdulo de elasticidad del material

#E$ es el mismo.

(i se aplica de nue)o carga% el material tendr un comportamiento elstico hasta 1ue )enzael punto de fluencia #esfuerzo AH$. "a diferencia del caso anterior es 1ue% ahora% el esfuerzode fluencia ocurrir a un esfuerzo mucho ms ele)ado debido al endurecimiento pordeformacin. ,En otras palabras% el material tiene ahora una regin elstica mayor% sinembargo% tiene menos ductilidad% esto es% una menor regin plstica% 1ue cuando estaba ensu estado original-.

Cabe resaltar 1ue el material perder energ+a cuando este sea cargado% y posteriormentedescargado% en el esfuerzo AH. Dicha p&rdida de energ+a causarn ligeras cur)as de 9H a AH.

El rea existente entre dichas cur)as se conoce como hist*resis mec$nicay representa laenerg+a perdida.

Diagrama 04. Muestra el fenmeno de la hist*resis mec$nica.


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Energ+a por deformacin!

"a energ+a por deformacin unitaria es la energ+a almacenada por un material cuando esdeformado por una carga externa. "a densidad de energ+a de deformacin unitaria es laenerg+a de deformacin unitaria por unidad de )olumen del material y se expresa de lasiguiente forma.

u= U

V=

1

2(Ecuacin 04)

(i el material es el$stico lineal% entonces se puede aplicar la ley de :ooe y porconsiguiente la Ecuacin 2@. (e ,con)ierte- en lo siguiente.

u= 2

2E(Ecuacin05)

0dulo de resiliencia!

Es la energ+a de deformacin unitaria cuando el esfuerzo alcanza el l+mite deproporcionalidad.

ur=1

2pl pl=

1

2

pl2

E (Ecuacin06)

Irficamente% el mdulo de resiliencia es el rea triangular mostrada en el siguientediagrama.


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Diagrama 05. Muestra el mdulo de resiliencia en un diagrama esfuer#o-deformacin.

0dulo de tenacidad!

El mdulo de tenacidad # ut $ representa el rea total dentro del diagrama esfuerzo?

deformacin% como se muestra en el siguiente diagrama.

Diagrama 06. Muestra el mdulo de tenacidad en un diagrama esfuer#o deformacin.

Esta propiedad indica la densidad de energ+a de deformacin unitaria del material ustoantes de la fractura final lo cual resulta *til cuando se dise


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ACEROTABLA /. DATOS E?PERI(ENTALES.

GR)FICA /. ESFUERZO V& DEFOR(ACIN UNITARIA@ PARA EL ACERO.

AN)LISIS DE DATOS

/. C%a&e #e $ate!"a%3

SY=PY

A0=

6900

(4 (1,62))=3389,28 [Kgf/cm2 ] SY=48105,81 [PSI]

+,L, 0. /M, ,+M 2,, ,3' '+43+4,L'.

El material es un Acero A(/0 A @J


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+. S lp E&52e!6o #e% %9$"te #e :!o:o!c"ona%"#a#83

Slp=2486,796 [Kgf/cm2 ]=35296,39 [PSI]

>. SY E&52e!6o #e 5%2enc"a8

SY=PY

A0=

6900

(4 (1,62))=3389,28 [Kgf/cm2 ] SY=48105,81 [PSI]

,. SU E&52e!6o %t"$o8-

SU=Pmx

A0=

9700

(4 (1,6 )2)=4764,64 [Kgf/cm2 ]=67627,01[PSI]

. Smx E&52e!6o (;


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SA=PU

A0=

7500

( 4 (1,6 )2)

=3684 [Kgf/cm2 ]=52288,93[PSI]

. (o#2%o e%;&t"co

E= E"fu#r$%

&2

E


16/27

G!;5"ca .+ (7#2%o #e !e&"%"enc"a

U= 0,02037433

0,18839968

(215799'1677,1 ) (x

U=16,4407Kgf )cm

cm3

//. (7#2%o en#2!ec"$"ento

G!;5"ca .>./ (7#2%o #e en#2!ec"$"ento


17/27

G!;5"ca .>.+ (7#2%o #e en#2!ec"$"ento

U#= 0,02037433

0,04728857

(866,45'+2577,2)(x+ 0,044728857

0,18839968

(83777'2+29047'+1608,8)(x

U#=596,408Kgf )cm

cm3

/+.(7#2%o #e 5!a-"%"#a#


18/27

G!;5"ca ., (7#2%o #e 5!a-"%"#a#

Uf= 0,18839968

0,3144187

(37481'2+8444,5'4014,8)(x

Uf=468,687Kgf )cm

cm3

/>.(7#2%o #e tenac"#a#

U*=U+U#+Uf

U*=16,4407+596,408+468,687=1081,54Kgf )cm

cm3

/,. E&t!"cc"7n HRA8

HRAAfA

0

A0100=|0.69392.01062.0106 |100=65.48

/.E%on-ac"7n

H E%on-ac"7n LfL%

L0100=

133.4100.98100.98

100=32.10


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FUNDICIN GRISTABLA +.

FUERZA

DEFORMACIN

ESFUERZO

E[mm/mm]

[Kg F]d1=(1/1000)"

d2=(1/1000)mm [mm]

[mm]

[Kg/cm2] !SI M!A E1 E2

200 0 0#0$%2 0&'02

$%112#2&

0''$$$

20#0000$%

2 0

00 0 0# 0#$%2 0#001&&

$'22#'

10&1$'

%% 0#000$%2$'%1E

*0'

%00 & 0#$ 0#&&0% 0#00$2'0$

%2%#$

1%2

0#000&&0

%0#0001$

0$

00 1 1 1#01 0#01&&

''%%

21&'0&

$0#00101

0#0002

&

1000 2 1# 1#0%% 0#01&$#'12

$0%1#'

2$#%$

1%%0#0010%%

0#0001

$0$

1200 1#% 1#11$% 0#01%'&$#01&

2'$#$

2'#2%

'&&0#00111$

%0#000&

02

100 % 1#& 1#1% 0#01&%&%#'1$

1&%#0

%#1%2

00#0011%

0#000%

1

1%00 2#2 1#21&2 0#022 $&%#01&&112

2$$#&01&

%%0#00121&

20#000'

%'&

100 '0 2#% 1#2$ 0#02%&'#'22

12$10#%

1&$#%&%

&& 0#0012$0#000%

1'

2000 '1 1#2&' 0#0&&'#02

$%1122#&

0''&$#$$

20#0012&'

0#000$

1$1

2200 ' # 1#$1% 0#010'2$

%1'''#1

&%10$#11'

1$$0#001$1

%0#0000

200 '' #$ 1#&$ 0#0$11&

'1%&$#

%%11%#'2

&2 0#001&$0#000&0

2

2%00 '% #1 1#22 0#0112'2

1'$

$$112%#'&0

%%0#00122

0#001

200 ' #' 1#$2 0#0'1

1&$$2#0

%$$1%#2

0$0#001$

20#0010&

$'%

000 %0 ' 1#'2 0#0'1&2#'$

1211#

'21%#0%%

1' 0#001'20#00121

&'1

200 % 1#%2'%1'&2#0&

22'&%#%

1''#0

&0#001%2'

%

00 %' 1#%'11%&1#'2

2&200#&

&1%'#'1

%% 0#001%'1

%00 %% 1#%$%1$&1#0

$2'21#2

2&&1$'#2$&

0#001%$%

00 % 1#$2$21&0#'$

2%2%#'

201'#01$

120#001$2$

2

000 %& 1#$'2%1&&0#0&

$'22'#

10&1$'

%%0#001$'2

%

200 $1 1#020''2

22&%'#1

01'20#&2

%10#0010

00 $ 1#'221'

$10$0#

&221#20

'0#001'

2

%00 $% 1#&022#''$

2122#%

2%22#&%

0&%0#001&0

00 $ 1#&122#0'&

$&

$12#$0'

0#001&1

2


20/27

'000 1 2#0'$2$#'%2

1&'0$#2

%$2#

'0#0020'$

'200 2#1%2'$#0%

%%$1'

'22'#11

2%0#0021

%

'00 $ 2#20&2%%#'%$

1%11#

2%2#&1&

0$0#00220&

'%00 &0 2#2%2$%#0%&

%'&'#1

'2$2#%'%

1 0#0022%

'00 & 2#%222'#'$2

10&'%#

2'&22#&

''%0#002%2

2

%000 &' 2#12&'#0$

%2%#$

1%2&2#12

0#0021

%200 100 2#'0#'$$

11$1#0

0$01#$0

0 0#002'

%00 10% 2#%&21#0$&

%'1

&$'11#%0$

$%0#002%&2

AN)LISIS DE DATOS

2&+'1

$&+'1

12&+'1

1$&+'1

22&+'1

2$&+'1

2&+'1

$&+'1

,(-) = 1'&$&1+$&- * &+$'

F.dc 34

E(mm/mm)

5g/cm2

GRFICA 0.5 'sfuer#o 56s Deformacin unitaria% !ara la fundicin gris


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/. C%a&e #e $ate!"a%3

SY=P Y

A0=

6200

(

4

(1,5982 )

)

=3114,69 [Kgf/cm2 ]SY=44208,5 [PSI]

El material es una fundicin gris A(/0 @2.

+. S lp E&52e!6o #e% %9$"te #e :!o:o!c"ona%"#a#83

Slp=P lp

A0=

3000

4(1,598)2

=1492,0776 [Kgf/cm2 ]=21177,833 [PSI]

>. SY E&52e!6o #e 5%2enc"a8

SY=

P Y

A0=

6200

(

4(1,5982 ))=

3114,69

[Kgf/cm2

]

SY=44208,5

[PSI]

,. SU E&52e!6o %t"$o8


22/27

SU=Pmx

A0=

6400

(4 (1,598 )2)=3191,0715 [Kgf/cm2 ]=45292,538[PSI]

. Smx E&52e!6o (;


23/27

E=198,943799,47184

9,7561050=1,02106

E=895,2466795,77470,0006340,000537

=1,025106

E=1293,6061193,1340,0010,000902

=1,025106

/. (7#2%o #e !e&"%"enc"a


24/27

G!;5"ca . (7#2%o #e !e&"%"enc"a

U= 0,010564

0,015092

(2229003'1880 ) (x

U=4,435Kgf )cm

cm3

//. (7#2%o en#2!ec"$"ento

G!;5"ca . (7#2%o #e en#2!ec"$"ento

U#= 0,015092

0,025153

(8106'2469188'3892,4)(x

U#=89,098Kgf )cm

cm3

/+.(7#2%o #e 5!a-"%"#a#


25/27

G!;5"ca . (7#2%o #e 5!a-"%"#a#

Uf= 0,025153

0,026663

(65910'+1425,8)(x

Uf=4.73Kgf )cm

cm3

/>.(7#2%o #e tenac"#a#

U*=U+U#+Uf

U*=4,435+89,098+4,73=98,26Kgf )cm

cm3

/,. E&t!"cc"7n HRA8

HRAAfA

0

A0100=|1,9606682.005592.00559 |100=2,239

/.E%on-ac"7n

H E%on-ac"7n LfL%

L0100=

100,5699,9299,92

100=0,64

CONCLUCIONES.

9btu)imos 1ue los materiales utilizados en el ensayo de traccin son el acero estructuraA3 y la fundicin gris OP @2% seg*n la norma A(/0.


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(eg*n los datos obtenidos y e)aluados% se concluye 1ue el acero estructural es d*ctil por1uee)idenci un porcentae de elongacin del 35%46 y una estriccin del B7%@6 lo dual indica1ue &l material primero se deforma plsticamente y la fundicin gris es frgil por1ue

e)idenci porcentaes pe1ue


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BIBLIOGRAF*A

A(KE"AOD% Donald R. Ciencia e 'ngenier+a de los 0ateriales. /ercera Edicin. Edicin!'nternational /homson Editores.(:ACKE">9RD% Qames >. 'ntroduccin a la ciencia de materiales para ingenieros. (extaEdicin. Editorial! ;earson ;rentice :all.:'EE"ER% R. C. 0ecnica de 0ateriales. (exta Edicin. Editorial! ;earson ;rentice:all.EER% >erdinand ;. Q9:O(/9O% QR% E. Russell% DE=9">% Qohn /.% 0AS8REK% Da)id >.0ecnica de 0ateriales. (exta Edicin. Editorial 0cIraT :ill.

e-!;5"a&3

Ktt:3%o-.2t:.e#2.co$eta%o-!a5"a+':!o:"e#a#e&'$ecan"ca&'#e'%o&'$ate!"a%e&

Ktt:3MMM.2t:.e#2.co%ane-a"&ICa:>.:#5
http://blog.utp.edu.co/metalografia/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/http://blog.utp.edu.co/metalografia/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/http://blog.utp.edu.co/metalografia/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/http://www.utp.edu.co/~lvanegas/disI/Cap3.pdfhttp://www.utp.edu.co/~lvanegas/disI/Cap3.pdfhttp://blog.utp.edu.co/metalografia/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/http://blog.utp.edu.co/metalografia/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/

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