CIENCIA DE MATERIALESEnsayo Tracción I

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1) INTRODUCCIÓN

El ensayo de tracción es la manera que tenemos de conocer las características de los metales que conforman los materiales. Con ayuda de una maquina universal de ensayo, y de las probetas y usando una fuerza aplicada de forma axial, comprobaremos el estiramiento y/o deformación sufrido por la pieza calculando a su vez la cantidad de fuerza aplicada para el resultado obtenido. Podemos resumir los objetivos de la práctica en dos.

Recrear un ensayo de tracción para mediar y comprobar las características de un metal ante un esfuerzo de tensión-deformación Adaptarse y conocer las técnicas, normas existentes los valores de medida y el empleo del instrumental para la realización de esta práctica.

2) MATERIAL

El material metálico utilizado estará conformado por acero en su variante F-114. Este es un acero con resistencia media de 725N/mm^2 gracias a su composición base de 0.45% carbono sin impurezas, usado en esta práctica en forma de probeta laminada y cilíndrica.

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3) REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA

Este ensayo se realizara con dos probetas de diferente forma siendo la primera cilíndrica y una segunda con forma chapa.

Usaremos como media para los cálculos un valor de K= 8.16, aun cuando la norma a aplicar, UNE-EN 10002-1 nos dicte uno de K= 11.2

3.1) Probeta cilíndrica

Con ayuda de un calibre mediremos y calcularemos las formas de esta primera probeta:

φ=10 mmL=99mmL0=k √S0=8 ,16⋅√ π⋅52=72 ,32mm

Con las medidas ya conocidas, deberemos calcular la zona de trabajo L0, para la correcta realización de la práctica, obteniéndose:

D=L−L02

=99−72,322

=13 ,5 mm

Para que el ensayo sea más sencillo, elegiremos D=13.

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Con la medida L0ya obtenida, la dividiremos en 10 partes iguales, para conocer una vez terminado el ejercicio el punto exacto de rotura donde así aplicar los cálculos necesarios

Con todo lo necesario ya predispuestos, introduciremos la probeta en la máquina para la realización de este, ajustándola de manera competente, y fijándola con ayuda de unas mordazas.

Los resultados obtenidos serán reflejados en una gráfica (fuerza-alargamiento).

El ejercicio finalizara con la rotura de la probeta, y con la obtención de la gráfica en la que veremos como valor más interesante, la fuerza máxima necesaria para la rotura de esta. En nuestro caso, hemos necesitado una fuerza de 3300 KP

Llegados a este punto, veremos la zona de rotura en la franja de trabajo que anteriormente ha sido dividida en 10 partes de igual tamaño

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Al no haberse roto exactamente por la zona central, deberemos aplicar las formulas necesarias para obtener finalmente el alargamiento teórico sufrido por la probeta.

A (% )=dxy+dy { z '+dy { z ' '−L0L0

¿⋅100¿

Esta fórmula se aplicara mirando el punto de rotura, su verificando si esta es del tipo par o impar. Para esto, restaremos del total de divisiones N=10, las divisiones entre X y Y, que para nuestro caso es n=1. De esta forma obtendremos como resultado 9, siendo rotura IMPAR.

Las marcasZ' y Z' 'serán calculadas a continuación mediante estas fórmulas.

Z'=

N−n−12

=10−5−12

=2 divisiones

Z' '=N−n+12

=10−5+12

=3 divisiones

El resultado obtenido se medirá desde Y. Fijados en zona, mediremos las distancias y resolveremos la formula

dxy=45 mmdy { z '=15 mm

¿dy { z ' '=23 mm¿ ¿A (% )=dxy+dy { z '+dy { z ' '−L0

L0¿⋅100=45+15+23−72 ,32

72,32⋅100=14 .76% ¿ ¿¿

Con el alargamiento ya conocido, procederemos a resolver la estricción y el esfuerzo de tracción respectivamente mediante las siguientes formulas sabiendo que el radio después de la rotura era de 3 mm

Z (% )=S0−S f

S0⋅100=

π (52−32 )π⋅52

⋅100=64%

σ=Fmax

S0=3300

π⋅52=42 ,01 Kp /mm2

Para terminar mediremos el cálculo de elasticidad con ayuda de la gráfica obtenida por la maquina universal.

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El eje X se calculara sumando el alargamiento 15+23+45−72 ,32=10.68 mm y dividiendo por las 50 divisiones que tiene la gráfica por lo que el resultado nos dice que:

div X=10 .68/57=0 ,193 mm

El eje Y lo obtendremos con la fuerza máxima aplicada siendo esta de 3300 kp y las divisiones de la gráfica, que son en este caso de 39, por que obtenemos:

divY=3300 /40=82 ,5 Kp

El limite elástico, en este caso B, se calculara multiplicando el valor de las divisiones por el número de esta hasta dicha zona.

LE=27⋅82 ,5=2227 .5 Kp

El punto de rotura, en este caso F, se calculara multiplicando el valor de las divisiones por el número de esta hasta dicha zona.

F=36⋅82 ,5=2970 Kp

Con todos los datos ya obtenidos, procederemos a calcular la elasticidad, aplicándolos a la formula siguiente.

E

F A1

S0ΔLA 1

L0

=

10⋅82 ,5π⋅52

2⋅0 ,19372 ,32

=1968 .046

3.2) Probeta de Chapa

Como en la anterior probeta, mediremos con ayuda de un calibre, y anotaremos los datos, dando como resultado los siguientes, siendo e el espesor de la chapa b su altura y L0 la zona de trabajo basándonos en la norma anteriormente citada.

L=100 mmL0=80mme=1 .5 mmb=18 mm

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Calcularemos al igual que antes la zona de trabajo L0 .

d=L−L02

=100−802

=10 mm

Dividiremos de igual forma L0 en diez partes iguales, y la colocaremos en la máquina de ensayos universal, fijada con ayuda de unas mordazas.

Terminado este obtendremos en nuestro caso un aplique máximo de fuerza de 800 kp antes de la rotura.

Como en el caso anterior, al no haber roto por la zona central, deberemos aplicar las formulas necesarias.

A(% )=L0 ´−L0

L0

Para poder realizar esta fórmula, como también el caso anterior, deberemos mirar si el tipo de rotura es en este caso par o impar. Para saberlo, restaremos el número total de divisiones N=10, por las divisiones entre X e Y, que como resultado a nosotros nos han salido dos. Al restar obtenemos 8, por lo que tenemos un tipo de rotura par.

Con esto procederemos a calcular Z:

Z=N−n2

=82=4 divisiones

Como ya sabemos el las distancias podemos pasar a calcular el alargamiento resultante de la práctica.

dxy=45 mmdyz=23 mm

A(% )=120−8080

⋅100=50%

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Conociendo ya el tanto por ciento de alargamiento, procederemos a calcular el esfuerzo a la tracción, omitiendo la estricción al ser una probeta plana

σ=Fmax

S0=80027

=29 .63 Kp /mm2

Para terminar, mediremos la elasticidad, tomando como en el caso anterior como apoyo la gráfica obtenida en el ensayo.

El cálculo del eje X lo obtendremos mediante el alargamiento y el número de divisiones hasta la zona, dando como resultado

120−80=40 mm

div X=40/63=0 ,635mm

El cálculo del eje Y se obtendrá mediante la fuerza máxima que es en nuestro caso de 800 kp y las divisiones de la gráfica hasta la zona, siendo estas de 18.

divY=800/18=44 .44 Kp

El límite elástico, punto B de la gráfica, será la distancia hasta este por el valor de cada una de las divisiones. Dando como resultado.

LE=13⋅44 .44=577 .77 Kp

El punto de rotura, punto F en la gráfica, será la distancia hasta este por el valor de cada una de las divisiones. Dando como resultado.

F=18⋅44 .44=799 .92 Kp

Con todo ya calculado procederemos a obtener el valor de elasticidad.

E

F A1

S0ΔLA 1

L0

=

10⋅44 .4427

2⋅0 ,63580

=1036 .85

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