El periodismo en estado puro

29/10/2015 Reports G5 - Ciència dels Materials

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Reports G5

Cristalización:Objetivos:

El objetivo de la práctica es el estudio de los mecanismos de formación de cristales durante la solidificación.

Fundamento Teórico:

Para el comienzo de la práctica se deben tener claros los siguientes conceptos previos:

- Sobrefusión térmica y constitucional- Etapas de la cristalización- Parámetros termodinámicos relacionados con la nucleación / crecimiento- Curva de enfriamiento Temperatura frente a tiempo

Un cristal se puede definir como un sólido cuyos átomos están ordenados siguiendo un modelo repetitivo. El ordenamiento es estricto yregular.El objetivo de la cristalización es la formación de un sólido cristalino, para ello se puede partir de la sustancia fundida, en disolución o enocasiones en fase vapor. El estado cristalino es más puro y de menor nivel energético. Hay variadas técnicas para conseguir lacristalización, por ejemplo, enfriando sólidos fundidos, por sublimación de sólidos, añadiendo un germen de un cristal en una disoluciónsaturada y enfriando o evaporando la disolución etc. La cristalización es una técnica muy empleada con objetivo de purificación de sólidos.

La solidificación de materiales cristalinos es un proceso formado por dos etapas: nucleación y crecimiento. El proceso por el cual se forman los núcleos (mediante choques) se conoce como nucleación. Es necesario enfriar por debajo de latemperatura de fusión hasta formar los núcleos, es decir enfriar hasta la temperatura de nucleación. La formación de núcleos es el pasoprincipal para la posterior solidificación del material cristalino (crecimiento de la estructura cristalina). La creación de un núcleo implica laformación de una interfaz en los límites del nuevo estado. Se necesita energía para la formación de esta interfaz, basada en la energíade superficie de cada estado. Dicha interfaz puede darse de dos maneras distintas:

- interfaz dendrítica: en forma de dientes de sierra, crece con una velocidad de crecimiento constante y y un gradiente de temperaturaimpuesto. Los puntos de la interficie no son equivalentes, de forma que se genera anisotropía.

- interfaz eutéctica: superficie plana donde todos sus puntos son equivalentes de forma que presenta isotropía.

A continuación de la formación de los núcleos, se da lugar el crecimiento de los cristales. Una vez se alcanza la temperatura de fusión(coexistencia en equilibrio térmico del estado sólido y el estado líquido), el sólido comienza a estabilizarse, pero la temperatura continúadisminuyendo hasta la denominada temperatura de nucleación, a la cual se forman los núcleos. La continuación en el descenso de latemperatura es debida a la necesidad de formación de núcleos, a menores temperaturas la nucleación se ve favorecida sobre elcrecimiento. A mayor sobrefusión, más posibilidad de formar núcleos de cristalización. Definid sobrefusión antes de hablar de ella.Tras la estabilización de los núcleos, el cristal comienza a crecer. Se desprende calor, por lo que aumenta la temperatura hasta latemperatura de fusión.

Se puede definir sobrefusión térmica (o subenfriamiento) como la diferencia entre la temperatura de fusión y la temperatura denucleación.La sobrefusión constitucional es provocada por la lentitud en la difusión en el estado sólido, por lo que se tiene líquido a temperaturainferior a la que debería estar. La difusión se debe a que a la composición del líquido y del sólido varía según se forma éste, por lo que

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presenta un estado sólido en el que existe difusión.

Se distinguen dos tipos de nucleación:

- Nucleación homogénea: se produce la nucleación sin la presencia de un núcleo añadido. Los núcleos se forman en el seno del líquidoque se está solidificando. La probabilidad de que se forme el núcleo es la misma en todo el seno del líquido.

La fuerza motriz que produce la solidificación de un sólido es la diferencia de energía libre entre el sólido y el líquido.A temperatura superior a la de fusión, el líquido tiene menor G ,por lo que es más estable.A la temperatura de fusión, tanto el líquido como el sólido presentan la misma G, por lo que nada fuerza al líquido a pesar al estadosólido.Sin embargo a temperaturas menores a la de fusión, el sólido presenta menor G que el líquido. Por tanto se forma el sólido, debido a sumayor estabilidad.

El proceso es espontáneo si la ΔGtotal < 0.La ΔGtotal es la suma de ΔGsuperficie y ΔGvolumen

ΔGsuperficie = 4·π·r^2·γliq-solid > 0 y está relacionada con la formación de la interficie.ΔGvolumen = 4/3·π·r^3·gv < 0 y se relaciona con la formación de la estructura cristalina.gv = ΔT/Qfusión por lo que ΔGv < 0

Cuanto menor es la temperatura, mayor es el valor de gv y por tanto de ΔGv, con lo que la nucleación se ve favorecida.

Para que se forme un núcleo es necesario que por “paseo aleatorio” se encuentren una cantidad determinada de átomos con la energíasuficiente para formar la estructura ordenada. Cuanto menor es la temperatura, más se favorece el proceso. Se forma una interficie enteel líquido y el núcleo, y se produce una compactación por la formación de sólidos. Para que se pueda formar la interficie, la medida delnúcleo debe tener un valor de radio mínimo.Se define el radio crítico como el tamaño mínimo de partícula a partir del cual │ΔG v │> │ΔGs │, y por tanto el núcleo formado esestable.

Cuanto menor es la temperatura, la nucleación se produce con radios más pequeños, con lo que es más fácil que se formen losnúcleos, pudiendose formar mayor número de cristales. No está mal, pero eso no es una definició sino un ejemplo. La definición tieneque ver con la probabilidad de formarse un núcleo

- Nucleación heterogénea: se añade un núcleo para acelerar la nucleación o es producida por cualquier irregularidad de la superficie. Laprobabilidad de que se forme un núcleo no es la misma en todo el seno del líquido, hay zonas más favorecidas. El mismo comentarioque arriba.Se observa la presencia de tres interficies: sólido-líquido, partícula-líquido y sólido-partícula. La tensión superficial total se calcularía como la suma de las interficies formadas menos las destruidas. γT = γPS + γSL – γPL En este caso, a menos que el cristal añadido tenga las mismas propiedades que los cristales que se forman, se produce sobrefusión.

Durante el proceso de solidificación, se pueden formar tres tipos distintos de cristal que darán tres zonas bien diferenciadas. ( Toda estaparte de las zonas de enfriamiento está recolocada en un siento diferente al anterior.)

Zona fría (Chill Zone): zona en contacto directo con el molde, cuyos granos son finos y ordenados al azar (equiaxiales). En esta zona sedan dos mecanismos de formación de cristales: nucleación heterogénea provocada por las irregularidades de la pared del molde; porotro lado, el material fundido sufre una sobrefusión suficiente como para provocar la formación de núcleos homogéneos debido a que lapared está mucho más fría que el material fundido. Deberíais definir nucleación y sobrefusión antes de hablar de estos conceptos.

Zona de los granos columnares: A una cierta distancia de la pared del molde los granos se distribuyen paralelamente los unos de losotros y y generalmente perpendiculares al eje del molde. Dichos granos de estructura laminar se forman en la dirección del flujo decalor. Estaría bien que comentarais algo de la isotropía/anisotropía de estos cristales, cuando se da el crecimiento.

Zona equiáxica: en algunos casos en la parte central del sólido se distingue una zona donde los granos están orientados al azar. ¿Porqué se da esta zona? La zona equiáxica aparece en función de cómo se ha realizado el enfriamiento, produciéndose normalmentecuando el molde está frío. El crecimiento equiáxico tiene lugar cuando se produce un gran gradiente de temperatura, como en el casode encontrarnos por debajo de la temperatura de sobrefusión. Se forman núcleos en el seno del líquido produciendose la rotura del flujode calor.

Las curvas de enfriamiento permiten estudiar el comportamiento del material al descender la temperatura, representan el cambio detemperatura del material en función del tiempo. Al comienzo la temperatura desciende hasta llegar a la temperatura a la cual se produceun cambio de estado, donde la temperatura se mantiene constante debido a que se elimina el calor latente (entalpia correspondiente aese cambio de estado).Una vez se completa el cambio de estado, la temperatura seguirá descendiendo pero no tiene porque hacerlocon la misma pendiente que en la etapa anterior. Los fenómenos de subenfriamiento y sobrecalentamiento varían la curva de forma que



en los lugares donde debería ser plana, se curva.

Se debe trabajar a una temperatura intermedia para conseguir velocidades máximas de transformación, ya que:Cuanto más baja es la temperatura, más pequeños son los núcleos que se pueden formar y más fácilmente se forman. De esta forma lavelocidad de nucleación es alta a bajas temperaturas.

Pero para el crecimiento de los cristales el caso es el contrario. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la difusión, con lo que lavelocidad de crecimiento es mayor cuanto mayor sean las temperaturas.

El fundamento teórico está desordenado, y os vendría bien poner algún gráfico que explicara mejor algunos de los conceptos quemencionáis.

Parte experimental:

Para el desarrollo de la práctica es necesario el siguiente material:· Recipientes tales como vasos de precipitados· Aparato de ultrasonidos· Cronómetro Cuidado con las tildes.· Termopar· Difeniléter

Experiencia 1

Se introduce la cantidad necesaria de difenileter para cubrir la base del recipiente (vaso de precipitados) y se calienta hasta que lasustancia funda completamente.En esta primera experiencia el enfriamiento se realiza a temperatura ambiente, de esta forma el enfriamiento es más lento.Para finalizar la experiencia se deben observar los cristales formados tras la cristalización.

Experiencia 2

La primera parte de la experiencia coincide con la anterior, pero una vez fundido el difenileter, se introduce en un vaso de precipitadosque ha sido previamente enfriado en un baño de hielo. Se espera hasta que la cristalización haya finalizado y se observan los cristalesformados.

Experiencia 3

Se procede igual que en la experiencia 2 pero en este caso, se introduce el vaso con el difenileter fundido en un aparato de ultrasonidos



(con hielo para evitar el calentamiento) en lugar de verterlo un recipiente previamente enfriado. Se observan los cristales formados.

Experiencia 4

En esta experiencia se representa la curva de solidificación Temperatura frente a tiempo.Para ello se procede de manera idéntica a la experiencia uno (enfriamiento a temperatura ambiente) y mediante el termopar se toman,cada determinado tiempo, medidas de la temperatura de la muestra.

Resultados y discusión

Experiencia 1

Si el enfriamiento se produce lentamente a temperatura ambiente, se puede observar como las principales características de loscristales formados son las siguientes: Gran tamaño y su crecimiento es columnar, es decir, en la dirección del flujo de calor.Se puede observar la denominada zona fría o chill zone, que está en contacto con la pared del molde, pero que en este caso no ocupauna gran extensión. El aspecto de los cristales es de granos finos y orientados al azar, es decir, el crecimiento es equiáxico (en cualquierdirección).La zona columnar es la que mejor se observa en este caso. Los cristales son de gran tamaño, de estructura dendrítica (en formas dedientes de sierra) y su crecimiento es columnar, en una única dirección.En la zona central no se detecta la presencia de la zona equiáxica.

Experiencia 2

El enfriamiento se produce rápidamente debido a que se vierte el difenileter fundido sobre un recipiente que ha sido enfriadopreviamente. Cabe destacar una mayor extensión de la zona fría, debido a que el enfriamiento favorece la nucleación. En cambio lazona columnar es menos apreciable ya que los cristales formados no son tan compactos como en la experiencia 1 y no se aprecia ladirección del flujo de calor debido a que toda la base del recipiente se encuentra fría.La zona fría o chill zone es mayor en este caso donde el recipiente es previamente enfriado, al realizado a temperatura ambiente. Sedebe a que la nucleación se da en mayor grado al verse favorecida por una menor temperatura. Si la nucleación se ve favorecida poruna menor temperatura deberíais haberlo comentado antes, en fundamento teórico.La zona columnar no se aprecia de manera tan clara como en la experiencia 1, los cristales formados no son tan compactos. Alencontrarse frío todo el recipiente, no se observa la dirección del flujo de calor.En este caso sí que se puede diferenciar la zona equiáxica en la parte central. El crecimiento se produce en cualquier dirección. Lapresencia de la zona equiáxica es más probable en frío que a temperatura ambiente ya que se rompe el flujo de calor en a lo largo detodo el molde. ¿Por qué? ¿Cuando se da la zona equiáxica?



Experiencia 3

La zona fría o chill zone vuelve a aumentar de tamaño, se puede apreciar con gran claridad. Sin embargo, no se intuye la presencia dela zona columnar. La zona equiáxica también está presente. El crecimiento en toda la superficie del recipiente es en todas lasdirecciones (equiáxico), es debido a la agitación que producen los ultrasonidos. A temperatura fría y con el uso de ultrasonidos, se favorece la formación de núcleos respecto al crecimiento y ordenación de loscristales, el cual se ve favorecido a temperatura ambiente.

Experiencia 4

Mediante la realización de la experiencia 4 se ha obtenido la curva de solidificación. Se ha tomado la temperatura de la substancia a lolargo del tiempo observando el siguiente gráfico.



En este gráfico se observa bien como, inicialmente, la temperatura disminuye hasta alcanzar la temperatura de nucleación, por debajode la temperatura de fusión. En este momento se dice que el líquido está superenfriado. Una vez se han formado las interfaces y losnúcleos se estabilizan, empieza el crecimiento de los cristales. Éste crecimiento implica un desprendimiento de calor aumentando, por lotanto, la temperatura(un poco menos). Una vez se llega a esta temperatura no llega a la temperatura de fusión, ésta será constantehasta que se haya solidificado todo el líquido.

Conclusiones:

Mediante la realización de esta práctica se han observado varios mecanismos de formación de cristales. Se ha comprobado que si elenfriamiento se produce lentamente hasta temperatura ambiente, se puede observar cómo se forman cristales de gran tamaño endirección al flujo de calor. Por otro lado, un enfriamiento brusco favorece la nucleación lo que provoca que los cristales no sean tancompactos y no se aprecie la dirección del flujo de calor. En presencia de una alteración externa (mecánica) como los ultrasonidos, elcrecimiento en toda la superficie del recipiente es en todas las direcciones (equiáxico).

Bibliografía:

http://www.sabelotodo.org/metalurgia/cristalmetal.html (16/10/2009)

http://es.wikipedia.org/wiki/Cristalizaci%C3%B3n (16/10/2009)

Cristalización en disolución. F. Grases Freixedas , A.Costa Bauzá, O. Söhnel.http://books.google.es/books?id=73EtcO0j1i0C&pg=PA89&dq=cristalizacion#v=onepage&q=&f=false (16/10/2009)

Química Orgánica Experimental. H.D.Durst , G.W. Gokelhttp://books.google.es/books?id=xiqTfEO1a2gC&pg=PA67&dq=cristalizacion#v=onepage&q=&f=false (16/10/2009)

Ciencia de polímeros. Fred W. Billmeyer, Jr.http://books.google.es/books?id=vL9QrpOKsQcC&pg=PA167&dq=cristalizacion&lr=#v=onepage&q=&f=false (16/10/2009)

ANEXO:

Enfriamiento de una disolución de concentración baja

Para ello se debe preparar un disolución concentrada a alta temperatura y a continuación enfriarla, con lo que se forma un disoluciónsobresaturada, tiene más soluto disuelto que el que admite esa disolución a esa temperatura en condiciones de equilibrio. Paraconseguir la cristalización de la disolución se puede realizar un enfriamiento. Principalmente cristaliza el compuesto principal; por elcontrario, las impurezas permanecerán en disolución al no alcanzar el límite de solubilidad.Este método de purificación es aplicable cuando existe una variación importante de la solubilidad con la temperatura, lo que no siemprees el caso.

Cambio de disolvente

Se prepara una disolución concentrada de una sustancia en un disolvente en el que se disuelve bien y a continuación añadir undisolvente que es miscible con el primero pero que disuelve peor la muestra. El sólido disuelto empieza a precipitar, y en las aguasmadres permanecen las impurezas solubles.

Evaporación del disolvente

Evaporando el disolvente de una disolución se puede conseguir que empiecen a cristalizar los sólidos que estaban disueltos cuando sealcanzan los límites de sus solubilidades.

Sublimación

En compuestos donde la presión de vapor de un sólido es suficientemente grande como para evaporar grandes cantidades delcompuesto sin alcanzar su punto de fusión (sublimación). Se recogen los vapores formados por condensación en zonas más frías,

http://www.sabelotodo.org/metalurgia/cristalmetal.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Cristalizaci%C3%B3n

http://books.google.es/books?id=73EtcO0j1i0C&pg=PA89&dq=cristalizacion#v=onepage&q=&f=false

http://books.google.es/books?id=xiqTfEO1a2gC&pg=PA67&dq=cristalizacion#v=onepage&q=&f=false

http://books.google.es/books?id=vL9QrpOKsQcC&pg=PA167&dq=cristalizacion&lr=#v=onepage&q=&f=false



produciéndose en la mayoría de los casos la sublimación regresiva, paso de gas a sólido. De esta manera se separan las impurezas.Para conseguir sólidos puros, es necesario que sublimen con facilidad.

Enfriamiento selectivo de un sólido fundido

Empleado para purificar sólidos cristalinos. Se debe fundir el sólido, del líquido que se obtiene cristaliza primero el sólido puro, y lasimpurezas del sólido original pasan a enriquecer la fase líquida.

Crecimiento cristalino

El tamaño de los cristales formados tiende a ser mayor cuanto más lento sea el proceso de cristalización.Factores como el disolvente, o la concentración de los compuestos, o la adición de trazas de otros componentes, pueden variar la formay el tamaño de los cristales.Este fenómeno se trata de explicar por la teoría de que el crecimiento cristalino tiene lugar por la formación de capas monomolecularesalrededor de un cristal inicial o germen de cristalización. La adhesión de nuevas moléculas se da preferentemente por la cara donde seproduce mayor liberación de energía. El valor de las diferencias de energía es pequeño, por tanto la presencia de impurezas o lamodificación de las condiciones de cristalización pueden modificar dichas energías.

Tensión Elongación

Objetivos:

En primer lugar, se debe adquirir el conocimiento necesario para el funcionamiento de la máquina de ensayos universales. De estaforma mediante la realización de de diversas experiencias, se podrá observar el comportamiento de diferentes materiales, y calcularpropiedades como el módulo de Young, coeficiente de Poisson, límite de fluencia…

Fundamento teórico:

Los ensayos de tensión elongación se basan en la realización de un esfuerzo axial de tracción o compresión de una probeta utilizandosistema hidráulico hasta provocar la rotura de ésta. En ellos se puede determinar la resistencia del material a una fuerza estática o quese ha aplicado lentamente. Son ensayos destructivos porque deforman permanentemente la muestra, incluso llegando a su fractura.

En estos ensayos, conforme se aumenta la tensión aplicada, se produce la deformación tanto longitudinal como transversal de laprobeta.

De forma que la deformación longitudinal de la probeta se puede calcular como:

Ecuación 1Siendo “lo” la longitud inicial de la probeta y “l” la longitud después de haber aplicado el esfuerzo.

De la misma forma, se calcula la deformación transversal de la probeta como:

Ecuación 2

Siendo “do” el diámetro o amplitud inicial de la probeta y “d” el correspondiente después de aplicarse el esfuerzo.

El coeficiente de Poisson (µ) relaciona la deformación longitudinal y la transversal:

Ecuación 3Al realizar el estudio del aumento de carga con las correspondientes deformaciones que se producen, se puede obtener el gráficotensión elongación de una probeta sometida a un esfuerzo de tracción.



Gráfico 1

El gráfico característico del ensayo de tracción elongación se puede dividir básicamente en 5 partes diferenciadas.

La primera zona es la correspondiente a la región elástica, donde se cumple la Ley de Hooke, la tensión y la deformación estánrelacionadas de manera lineal. La ley de Hooke determina que el alargamiento de un material es directamente proporcional a la fuerzaaplicada sobre él. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación es denominado módulo de elasticidad o de Young,y es propio del material.

Se denomina zona elástica porque en ella los materiales vuelven a sus dimensiones iniciales al retirar la carga (fuerza) aplicada. En un material, el número de deformaciones elásticas debe ser limitado y de pequeña magnitud. Esta limitación es debida a que losdesplazamientos de los átomos se dan sobre su posición original sin llegar a adoptar nuevas posiciones fijas. De esta forma al cesar lafuerza, se recuperan las posiciones iniciales.

La cantidad de energía que absorbe el material en la zona elástica, se denomina resilencia.

La segunda zona es la denominada pérdida de linealidad en la zona elástica, y se puede observar como el pequeño tramo ligeramentecurvo que se presenta a continuación de la recta. En esta zona se añade a los alargamientos elásticos, una pequeña deformación nolineal.

Esta zona es el límite elástico ya que la deformación producida todavía se puede recuperar fundamentalmente. El límite de elasticidad es la tensión máxima compatible con elasticidad perfecta, es decir, es la máxima tensión en la que todavía noaparecen deformaciones permanentes.El valor del límite elástico está prefijado y generalmente se toma el valor de un 0,2 % de la deformación plástica, pero en el caso detolerancias más estrecha se puede tomar el valor de 0,02%.

A continuación del límite elástico se encuentra la zona de fluencia, caracterizada por la rápida deformación brusca de la probeta sinincrementar apreciablemente la carga que se aplica. La fluencia se produce por la presencia de elementos que impiden endeslizamiento de las dislocaciones, de forma que éstas se bloquean.

Se observa como un periodo de pequeñas oscilaciones de la carga donde la deformación del material es permanente. La fluencia no se produce de forma simultánea en todo el material, ya que las cargas varían mínimamente de forma alternada hastaalcanzarse la fluencia total.La fluencia es un fenómeno que no presentan todos los materiales, pero que en el caso de producirse, permite observar de forma másclara la transición entre la deformación elástica y la plástica.

La zona a partir de la que el material comienza a deformarse plásticamente en lugar de en forma elástica, se denomina límite defluencia. Es una zona de transición ente la deformación elástica y la plástica. Es la última zona en la que el módulo de Young permanececonstante. En el límite de fluencia se liberan las dislocaciones, de forma que se produce una deformación brusca uniforme a lo largo de la probeta,pero más concentrada en las bandas de Ludders o zonas donde se han liberado las dislocaciones.

Una vez superado el límite de fluencia, se define una nueva zona denominada de deformación homogénea en toda la probeta. Ladeformación es uniforme a lo largo de toda la probeta, la sección de la probeta disminuye de forma constante. La deformación en estazona es más pronunciada, más notable.

El material se endurece por trabajo en frío por el efecto de las deformaciones. Éstas se producen por los cambios de las estructurascristalina y atómica. Por lo tanto, es necesario aumentar la carga aplicada para producir alargamiento en el material, de esta forma seobserva la pendiente positiva hasta el máximo.

En esta zona las deformaciones son plásticas, es decir, la probeta queda permanentemente deformada, de forma que si se retira lacarga aplicada solo se recupera parcialmente la forma.

El final de este periodo está determinado por la tensión límite. A continuación se produce un descenso en la tensión para alcanzar lazona de estricción.

En la zona de estricción se produce la concentración de las deformaciones en la parte central de la probeta, lo que provoca la rápidareducción de la sección transversal de la probeta. Al no poderse compensar mediante acritud o endurecimiento en frío, se siguenacumulando las deformaciones, produciéndose un descenso de la carga hasta la rotura de la probeta.



La deformación en la sección y la longitud (coeficiente de Poisson) no están relacionadas linealmente.

La energía total absorbida antes de producirse la rotura, se denomina tenacidad.

En el caso de que el material sea frágil, la probeta se rompe de forma brusca, de forma que la estricción y las deformaciones plásticasno son significativas.

La fragilidad es un término que expresa la tendencia del material a romperse con deformación nula o despreciable. En cambio, laductilidad es el término opuesto, que expresa la permisividad del material a deformarse antes de su rotura.

Parte experimental::

Para la realización de la experiencia se ha usado una máquina de ensayos universales MTS-100 kN.

El motor se resetea pulsando el botón que aparece abajo a la derecha. Se introducen las medidas de anchura y grosor de la probeta y,posteriormente, la probeta se situa en el aparato asegurándose de que ésta queda bien fijada y vertical. Para asegurarse se colocaráprimero la mordaza superior. A continuación, se mide la distancia inicial entre ambas mordazas y se introduce el valor en el ordenador.

La velocidad de adquisición de datos se considera que es suficientemente eficiente a 20 Hz. La velocidad de ensayo variarádependiendo del material estudiado siendo 50 mm/min para aceros y 20 mm/min para polímeros.

La experiencia se repite para tres muestras de acero y una de polímero.

Resultados y discusión:

Se realizan diversos ensayos para probetas de acero y para probetas de plástico. Se obtienen los gráficos correspondientes que representan la deformación o elongación en función de la tensión aplicada.De esta forma, los ensayos realizados con las probetas de acero presentan curvas con comportamiento similar entre sí.

Gráfico 2

Los gráficos deben ir sin rayas horizontalesEn estos ensayos se pueden apreciar las zonas descritas en el fundamento teórico.La correspondiente a la zona elástica, donde la tensión y la elongación se relacionan de manera lineal. La zona de pérdida de linealidad y zona de fluencia que se observa como un pequeño tramo curvo.A continuación la zona de deformación plástica donde la deformación es homogénea a lo largo de la probeta.Para finalizar, la zona de estricción donde se produce un acusado descenso de la carga.

Una vez realizado el experimento, se pueden extraer del ensayo medidas como el módulo de Young; la carga y la tensión máxima delensayo; carga, tensión y deformación en la fluencia; carga, tensión y deformación en la ruptura. Los valores obtenidos para cadaexperimento se encuentran en anexos.

El módulo de Young es el coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación, se calcula como la pendientecorrespondiente a la zona elástica.Tomando como valor del límite elástico 0,2 % de la deformación plástica, se traza una línea que pase por el punto 0,002 (mm /mm) dedeformación y que a su vez, sea paralela a la zona elástica. El límite elástico corresponde al valor de tensión donde se cortan la línea paralela a la zona elástica y la curva de tensión elongación.

Los resultados obtenidos para las tres experiencias con probetas de acero son:Tabla 1

Módulo Young (MPa) Límite elástico (MPa) Módulo Young exp. (MPa) Er (%)

Probeta 1 21504 322,5 25381 18,0

Probeta 2 23631 307,2 24717 4,6

Probeta 3 26222 314,7 35747 36,3



El corrector ortográfico de word queda muy feo en las tablas. Las tablas se nombran encima de esta, no debajo.Al realizarse el experimento en las mismas condiciones de trabajo se puede realizar un promedio de las medidas, de forma que elresultado es de 23785 MPa para el módulo de Young y 315 MPa para el límite elástico.

El ensayo realizado para la probeta de plástico muestra el siguiente comportamiento tensión elongación:

Gráfico 3

En este caso, se pueden observar la zona elástica y la zona de deformación plástica. Sin embargo no se aprecian ni la zona de pérdidade linealidad ni la zona de fluencia. Además, el descenso de carga producido en la estricción no es tan acusado.

El valor obtenido para el módulo de Young y el límite de elasticidad para probetas de plástico es:

Tabla2

Módulo Young (MPa) Límite elástico (MPa) Módulo Young exp. (MPa) Er (%)

Probeta Plástico 1194 17,9 1393 16,7

Comparando las experiencias realizadas para las probetas de acero y de plástico, se ha podido observar como las de acero presentanmayor zona elástica, alcanzando valores de tensión 10 veces más elevados en aceros que en los plásticos. Por lo tanto, las probetas deacero son más elásticas que las de plástico. Además, las probetas de acero presentan un valor mucho más elevado de módulo deYoung que las de plástico.En el caso de los materiales plásticos, la tensión necesaria para producir su rotura, es mucho menor que en los aceros. Por lo tanto lacohesión y dureza de los aceros es mayor que en los plásticos.

La resilencia y la tenacidad de la probeta de acero también son mayores que la de plástico. Se debe a que las áreas correspondientes ala zona elástica (resilencia) y a la curva de tensión elongación (tenacidad) son mayores en los aceros que en los plásticos.

Si con los datos calculáis el módulo de Young, ¿os da lo mismo que el que os da el aparato? ¿Que R2 obtenéis?

Conclusiones:

La realización de esta práctica ha permitido conocer el funcionamiento de una máquina de ensayos universales y a continuación,aprender a medir y calcular distintas propiedades de los materiales.

Gracias a esto, se ha podido concluir que los aceros son más elásticos que los plásticos. También se ha determinado, a su vez, que losaceros tienen una mayor resilencia, tenacidad, cohesión y dureza que los plásticos; presentando, estos últimos, una menor resistencia ala ruptura.

Bibliografia:

Metalurgia General Tomo II.F.R.Morral, E.Jimeno, P.Molera. Editorial Reverte. (20/11/2009)

Resistencia de MaterialesMarcel Kerguignas, Guy Caignaert. Editorial Reverte. (20/11/2009)

http://www.unalmed.edu.co/~cpgarcia/mecanicas.PDF (20/11/2009)

http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/materiales/materials3.html (20/11/2009)

http://www.monografias.com/trabajos38/traccion-en-metales/traccion-en-metales.shtml (20/11/2009)Anexos:

Probeta acero 1

http://www.unalmed.edu.co/~cpgarcia/mecanicas.PDF

http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/materiales/materials3.html

http://www.monografias.com/trabajos38/traccion-en-metales/traccion-en-metales.shtml



Probeta acero 2



Probeta acero 3



Probeta plástico



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