Embed Size (px)
Citation preview
ENSAYO DE TRACCION
JHON FRANKYN PRIETO VILLAMIZAR
CAMILO ANDRES HERNANDEZ BARRAGAN Estudiantes de ingeniería mecánica
Universidad de pamplona
Resumen. Este ensayo consiste en someter una varilla corrugada de acero y una varilla de latón, denominada
probeta, de sección uniforme y conocida, a una fuerza de tracción que va aumentando progresivamente. En forma
simultánea se van midiendo los correspondientes alargamientos de la probeta. Con los resultados de la elongación de
la probeta, se puede graficar una curva de carga contra alargamiento, que generalmente se registran como valores de
esfuerzo y deformación unitarios, y son independientes de la geometría de la probeta
OBJETIVO:
Aprender a efectuar y analizar la prueba de
tensión de materiales metálicos. Determinando
aspectos importantes como la resistencia y el
alargamiento de estos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar en la grafica obtenida los
puntos más importantes que se
relacionan con las propiedades
mecánicas de los materiales.
Analizar la información que suministra
del proceso de rotura de una probeta de
una aleación por cargas axiales
Comparar el comportamiento a la
tracción entre un material dúctil y uno
frágil.
Relacionar los diferentes puntos críticos
del diagrama esfuerzo-deformación con
los cambios estructurales de la materia.
MARCO TEORIO
ENSAYO DE TRACCION
Uno de los ensayos mecánicos tensión-
deformación más común es el realizado a
tracción.
El ensayo de tracción puede ser utilizado para
determinar varias propiedades de los materiales
y se realiza con la máquina Universal. La
versatilidad del ensayo de tracción radica en el
hecho de que permite medir al mismo tiempo,
Tanto la ductilidad, como la resistencia. El valor
de resistencia es directamente utilizado en todo
lo que se refiere al diseño. Los datos relativos a
la ductilidad, proveen una buena medida de los
límites hasta los cuales se puede llegar a
deformar el acero Normalmente se deforma una
probeta hasta rotura, con una carga de tracción
que aumenta gradualmente y que es aplicada
úniaxialmente a lo largo del eje de la probeta.
Figura 1. Muestra un esquema de una máquina para
ensayos de tracción. En ellas se estira la probeta a una
velocidad constante.
Al iniciarse el ensayo, el material se deforma
elásticamente; esto significa que si la carga se
elimina, la muestra recupera su longitud inicial.
Se dice que el material sobrepasó su límite
elástico cuando la carga es de magnitud
suficiente para iniciar una deformación plástica,
esto es, no recuperable. En otras palabras, el
material no recupera su longitud inicial si se
elimina la carga aplicada. El esfuerzo alcanza su
máximo en el valor de resistencia máxima a la
tensión. En este valor de esfuerzo, se forma en la
probeta una estricción o cuello, la cual es una
reducción localizada en el área de la sección
transversal, en la que se concentra todo el
alargamiento posterior. Una vez formado este
cuello, el esfuerzo disminuye al aumentar la
deformación y continúa disminuyendo hasta que
la probeta se rompe.
Figura 2. La forma de la probeta al inicio, al
momento de llegar a la carga máxima y luego de la
ruptura
Los ensayos de tracción se realizan en materiales
metálicos (aluminio y probeta de acero). Existen
diferentes normas para realizar el ensayo de
tracción, DIN 53455, ISO/DP 527, ASTM
Con los resultados de la elongación de la
probeta, se puede graficar una curva de carga
contra alargamiento, que generalmente se
registran como valores de esfuerzo y
deformación unitarios, y son independientes de
la geometría de la probeta (ver Figura N°3)
Figura3. Diagrama de rotura por tracción.
Ahora, definiremos algunos conceptos necesarios para aplicar en el cálculo de esfuerzos de tracción:
Alargamiento:(e) referido a una magnitud
medida L, se determinará mediante el cociente
entre la longitud alargada (Dl) y la medida
inicial (L).
Tendrá la expresión
Límite de elasticidad: (sE) es la tensión hasta la
cual no se presentan deformaciones permanentes
NORMAS ASTM E8-61T
En general los datos recogidos de este ensayos
son el modulo de elasticidad (Módulos of
elasticity) la resistencia a la fluencia (Yield
Strenght) la resistencia ultima o a la tracción
(Tensil Strenght) y el punto de rotura (Break
Strengh). Los dos primeros datos se relaciona
como parámetro de diseño, el tercero como
parámetro de calidad en el proceso de
fabricación y el último es una medida adicional
de caracterización del material. La fractura de la
probeta se analiza para valorar el tipo de falla del
material (fractura frágil, dúctil o mixta).
Definiciones generales (Tomadas del ASTM
E8-61T)
Probeta: Puede ser cilíndrica o plana, roscada o
sin rosca, dependiendo de la cantidad y forma
del material que se tenga disponible, en las
siguientes figuras se muestran las dimensiones y
formas de cada una de estas.
Figura 4. Probeta plana
Figura 5. Probeta cilíndrica
Figura 6. Varios tipos de extremos para las probetas
cilíndricas
Ductilidad: La habilidad de un material de
deformarse plásticamente antes de fracturarse,
esta puede evaluarse en función de la elongación
o reducción de área para la prueba de tensión
Zona Elástica: Es la zona donde se establece
una correlación lineal o cuasilineal entre las
tensiones axiales σ y las deformaciones unitarias
Є. El campo de tensiones en que se cumple la
correlación lineal σ =E.Є es el campo elastico y
es la base para el calculo de elasticidad
Modulo de elasticidad (E): Es la constante que
correlaciona la tensión y la deformación en el
campo elástico E=Є/σ. Este modulo cuantifica
las tensiones difícilmente medibles a partir de las
deformaciones caules pueden medirse sin
excesiva dificultad.
Limite de proporcionalidad: Es el esfuerzo
máximo en que el esfuerzo y la deformación
permanecen directamente proporcionales. El
limite de proporcionalidad es el punto de la
primera inflexión de la línea recta de la curva
Esfuerzo Vs Deformación. El valor obtenido
para el limite de proporcionalidad depende de la
precisión de las mediciones de esfuerzo y
linealidad y de la escala de la grafica. Este valor
no tiene gran aplicación en los cálculos de
ingeniería.
Límite elástico convencional: (Yield Strenght):
El esfuerzo por conveniencia, al cual se
considera que empieza la deformación plastica.
Este esfuerzo puede especificarse en términos de
(a) Una desviación especifica de una relación
lineal Esfuerzo-Deformación (b) Una extensión
total especifica o (c) un esfuerzo máximo o un
mínimo medido durante una fluencia
discontinua.
Resistencia a la tracción: (Tensil Strenght) El
máximo esfuerzo de tensión al cual el material es
capaz de soportar en la prueba tensión-
deformación en una probeta llevada a fractura.
Punto de cedencia: Es una propiedad que tienen
los aceros blandos no endurecidos y algunas
otras aleaciones. Es una indicación del límite de
la acción elástica. El punto de cedencia es un
esfuerzo en el que se produce primero un
aumento notable de deformación, sin que haya
un aumento de esfuerzo. Por lo general hay dos
puntos de cedencia, uno superior y el otro
inferior. En general, los materiales que
presentan este comportamiento tienen una
fluencia discontinua.
Fluencia discontinua: (Discontinuous yieding)
Fluctuación de la fuerzo observada al inicio de la
deformación plástica debido a una deformación
localizada. No necesariamente aparece como
una línea discontinua.
Esfuerzo de fluencia superior: (Upper yield
strenght) El primer esfuerzo máximo (primer
esfuerzo con pendiente igual a cero) asociado
con una fluencia discontinua.
Elongación del punto de fluencia: La
deformación (expresada en porcentaje) medida
desde el primer punto de pendiente cero en la
grafica esfuerzo deformación hasta el esfuerzo
de endurecimiento uniforme. Cubre todo los
puntos de deformación discontinua.
Tenacidad: Es la capacidad de un material para
absorber energía hasta el punto de ruptura, y se
determina midiendo el área que queda bajo la
curva de esfuerzo deformación. Esto no es en
realidad, una indicación exacta de la tenacidad,
porque la muestra no se deforma uniformemente
en toda su longitud, y por lo tanto, no absorbe
energía e manera uniforme en todo su volumen.
Las unidades de la tenacidad se encuentran
multiplicando el esfuerzo por la deformación,
dando las unidades (lb-in/in3) que es energía
absorbida por unidad de volumen. Generalmente
se utilizan otro tipo de ensayos más específicos
para determinar la tenacidad de los materiales.
Aspecto de fractura: Depende de la
composición y el historial de la muestra
(tratamientos mecánicos o térmicos). Los
metales y las aleaciones dúctiles y aceros
templados de bajo contenido de carbono sufren
fractura de copa o fractura parcial de copa. En
materiales duros o aceros de alto contenido de
carbono y endurecidos por tratamientos térmicos
tienden a producir una fractura tipo estrella. El
hierro fundido, que carece de ductilidad no
produce ensanchamiento en forma de cuello de
botella y tiene una superficie de fractura que
tiende a forma un plano en ángulos rectos a la
dirección de la carga.
Aplicación de carga y mediciones: Las cargas
se aplican ya sea mecánica o hidráulicamente, se
prefiere la ultima debido a sus capacidades
mayores y bajos costos. Las cargas son
realizadas por la Maquina Universal de Ensayos,
se conoce así debido a que puede adaptarse para
realizar adicionalmente ensayos de compresión,
curvatura y flexión. En el caso de las hidráulicas,
la carga se aplica mediante una bomba hidráulica
que hace pasar el aceite a presión en un cilindro
que eleva el pistón y este a su vez este eleva el
cabezal móvil de tensión y la mesa. La muestra
se ajusta con mordazas de diferentes tamaños
según la forma de la probeta, que están ubicadas
en el cabezal móvil y el cabezal fijo. El
desplazamiento, la carga o la velocidad de la
maquina se fijan inicialmente en el sistema, el
cual le suministra los datos al encoder que
controla dichos parámetros accionando válvulas
de aproximación y precisión en el interior del
equipo. Es necesario una alineación correcta de
la probeta para asegurar que la muestra solo este
sometida a cargas axiales y uniformes sobre la
probeta.
Mediciones de la deformación: La deformación
se puede medir de forma mecánica, eléctrica,
electromecánica u óptica. En este experimento se
utiliza la forma mecánica basado en el troqué de
los tornillos sin fin. La deformación es definida
como el cambio en la longitud por unidad de
longitud. Esta medida se calibra en el sistema y
se reporta digitalmente. Adicionalmente se
utilizan extensómetros, que son regletas de
precisión que se adaptan directamente a la
probeta.
Resilencia: Es la energía absorbida en la zona
elástica del material Porcentaje de reducción de
área.
PROPIEDADES MECANICAS DEL
ACERO DE CONSTRUCCION
El acero es sin duda hoy por hoy la materia
prima más utilizada en el mundo. El motivo
principal está centrado en la variedad de usos
que se le puede dar, y la versatilidad de sus
propiedades mecánicas. Otra ventaja, es que
algunas de estas propiedades pueden ser
modificadas para ajustarse al destino final que se
le quiera dar al producto. La varilla está
fabricada de acero, que es Una aleación de hierro
y carbono, con propiedades mecánicas que la
hacen muy resistente y a la vez flexible cuya
superficie está provista de salientes llamadas
corrugaciones.
Tabla 1.propiedades mecánicas (teóricas) la varilla
de acero corrugada.
Tabla 2.dimensiones (teóricas) varilla de acero
corrugada
Dentro de las propiedades podemos mencionar
las siguientes:
• Ductilidad
• Dureza
• Resistencia
• Maleabilidad
• Tenacidad
La primera de ellas, la ductilidad, se refiere a la
capacidad del acero para deformarse, al soportar
esfuerzos de tracción sin llegar a la rotura.
La dureza se define como la propiedad del acero
a oponerse a la penetración de otro material.
Analizando el caso de la resistencia,
específicamente el de la resistencia a la tracción,
tendremos que ésta es la fuerza máxima por
unidad de área, que puede soportar el acero al ser
estirado.
La maleabilidad es la capacidad que presenta el
acero de soportar la deformación, sin romperse,
al ser sometido a un esfuerzo de comprensión.
Finalmente, la tenacidad viene siendo la
conjugación de dos propiedades: ductilidad y
resistencia. Un material tenaz será aquel que
posee una buena ductilidad y una buena
resistencia al mismo tiempo.
Los llamados aceros de construcción, son
básicamente aceros al carbón, los cuales
presentan elementos residuales como el
manganeso, azufre, fosforo y silicio en
cantidades consideradas normales. Dependiendo
del porcentaje de carbono en el acero, eleva
algunas propiedades mecánicas como, la
resistencia, dureza templabilidad. Sin embargo
rebaja propiedades como el punto de fusión, la
tenacidad, alargamiento, soldabilidad y
forjabilidad.
Figura 7. Especificaciones de los datos de la varilla
Otras consideraciones un poco mas especificas
acerca de los aceros al carbono son los
siguientes:
Ductilidad y homogeneidad.
Valor elevado de la relación resistencia
mecánica/límite de fluencia.
Soldabilidad.
Apto para ser cortado por llama, sin
endurecimiento.
Resistencia a la corrosión, razonable.
Además los aceros al carbono presentan un
factor de alargamiento por tracción no mayor al
20%.
PROPIEDADES MECANICAS DEL LATON
El Latón es una aleación de cobre y zinc, cuyas
Proporciones pueden variar en función de las
propiedades requeridas. Su uso está extendido en
productos decorativos y ornamentales debido a
su apariencia dorada, aunque las aplicaciones
son mucho más extensas, abarcando desde
armamento, hasta, condensadores, terminales
eléctricos o perfiles.
El latón presenta las siguientes propiedades
mecánicas:
Una buena resistencia mecánica. Una de
sus propiedades más típicas en la
dificultad de producir chispas por
impacto mecánico, propiedad a su vez
atípica en el resto de las aleaciones.
Se vuelve quebradizo cuando se calienta
a una temperatura próxima al punto de
fusión.
Resistencia a la tracción: 350 MPa
Resistencia a la compresión : 120 MPa
Elongación AK: 20%
Dureza HB: 80
Deformación: 100% en flexión en
caliente y un 30% en flexión en frío.
Resiliencia (KCU): aprox. 3 daj/cm2
Decoletaje: 70%
Elevada resistencia a la corrosión.
Grafica 1. Esfuerzo- deformación acero
Grafica 2. Esfuerzo-deformación latón.
Grafica 3. Comparación entre acero y latón.
RESULTADOS OBTENIDOS
T1= teórico (atreves del software Trapezium)
T2= valor teórico estándar.
E =experimental
Varilla De Acero Corrugada (Da-42) (3/4)
Esfuerzo de fluencia (σy)………………...423,73 MPa
Esfuerzo de rotura. (σr)…………………..622,88 MPa
Max. Esfuerzo de tensión (σuts)………...710,001 MPa
Deformación máxima (max)………...0,3004 mm/mm
Modulo de elasticidad (E)……..…...…2,34 (104)MPa
Tenacidad (t)………………………….…169,94MPa
Resilencia (Ur)……………………...……32,50M Pa
Reducción de área E. (∆A)… ………....0,75649 cm2
Reducción de área E. (%∆A)….…………….27, 84%
Alargamiento relativo E. (∆L)………………...20 mm
Alargamiento relativo E. (%∆L)…………….…..10%
Alargamiento T1. (∆L)…………………..60,0800 mm
Alargamiento T1. (%∆L)…………….……….30,04%
% error (∆L) T1 entre E………………………..66,7%
% error de área. T2 entre E…………..………..4,66%
% error del diámetro T2 entre E………………1.05%
% error esfuerzo fluencia. T2 entre T1...............2,84%
% error Max. Esfuerzo tensión. T2 entre T1…... 14,88%
% error (% alargamiento). T2 entre T1…………641,11%
% error (% alargamiento). E entre T1…………….11.11%
Varilla De latón (1/2)
Esfuerzo de fluencia (σy)……………….458,031 MPa
Esfuerzo de rotura. (σr)………………....466,763 MPa
Max. Esfuerzo de tensión (σuts)………...469,428 MPa
Deformación máxima (ϵmax)………...0,1316 mm/mm
Modulo de elasticidad (E)…………….4,51(103) Mpa
Tenacidad (t)………………………….…50,968 MPa
Resilencia (Ur)………………….....………1,49 MPa
Reducción de área E. (∆A)……….…….....13,58 mm2
Reducción de área E. (%∆A)….…………….10,72%
Alargamiento relativo E. (∆L)………………..18 mm
Alargamiento relativo E. (%∆L)………...………..9%
Alargamiento T1. (∆L)………………….....26,538mm
Alargamiento T1. (%∆L)…………….………...13,2%
% error (∆L) T1 entre E…………………..…..32,17%
% error Max. Esfuerzo tensión. T2 entre T1…... 34,12%
TIPO DE FRACTURA
Analizando las fracturas de las varillas podemos
decir que en la varilla de acero corrugada de ¾
se presento una fractura dúctil ya que antes de la
fractura se presento una deformación plástica
esto debido a la capacidad de absorción de
energía formado así un encuellamiento en la
varilla, y también un retorcimiento y desgarre.
Físicamente antes de la fractura se pudo observar
que era un fractura dúctil ya que le proceso fue
más lentamente a medida que la grieta avanzaba.
Esto se logro medir mediante el porcentaje de
reducción de área q fue de (27, 84%) y en
términos del alargamiento q fue de (20 mm)
Figura 8. Encuella miento del acero
Observando ya el tipo de fractura se puede decir
que es una fractura copa cono. Ya que se inicia
una estricción se forman pequeñas cavidades
formando así una grieta y propagándose para así
finalizar con una fractura. Y esa fractura
presenta en su parte interior un aspecto fibroso e
irregular.
Figura 9. Fractura del acero
Mientras que en la varilla de latón de ½ no se
puede decir lo mismo ya que este ensayo no es
muy válido para analizar la fractura de tracción
debido a que esta fractura se presento a una
distancia la mordaza inferior a 20 mm.
Pero si es válido decir que la anterior fractura
presenta una fractura frágil ya que no absorbió
energía formando una grieta y propagándose
muy rápidamente con muy poca deformación y
la dirección de propagación de la grieta es casi
perpendicular a la dirección de la tensión
aplicada todo lo contrario a la grieta de la varilla
de acero que fue a una dirección de 45° debido a
la acumulación de tensiones de cizalla donde se
acumularon las dislocaciones.
Figura 10. Fractura del latón.
ANALISIS DE RESULTADOS.
De acuerdo a la grafica 1, obtenida después de
realizar el ensayo de tracción a la `probeta, se
determino que (en caso de no saberlo) la gráfica
era una representación característica de un metal.
El acero mostraba un comportamiento
característico de un material tenaz, a pesar de
que presento una fractura semidúctil, la
prolongación de la grafica después del punto de
fluencia indica que el acero tiene una ductilidad
moderada.
Al relacionar el alargamiento de la probeta
obtenido después del ensayo que fue de 20mm
con el porcentaje de alargamiento teórico que es
de 18mm para una varilla corrugada de ¾ de
pulgada se puede aducir que el porcentaje de
error de 11.11% corresponde a una dispersión
de los datos causada por múltiples factores, entre
ellos la acción del operador, la calibración del
aparato de medida. Además de
inhomogeneidades presentes en el material
causadas durante el proceso de fabricación del
metal.
Debido a que la probeta presento una fractura
dúctil se podría hacer un estudio fractografico
para determinar los detalles topográficos de la
superficie de fractura, encontrándonos con
hoyuelos que representarían las mitades de las
micro cavidades que se formaron y se separan
durante el proceso de fractura. Además de poder
determinar el lugar de iniciación de la grieta.
Observando los resultados para el latón. Se
puede deducir que se comporta como un material
frágil ya que en su grafica de esfuerzo
deformación se puede apreciar que tiene poca
deformación plástica. Y la fractura se presenta
muy cerca del esfuerzo de fluencia esto se dio
mediante el análisis de la grafica 2 y figura 10..
Aunque es valedero decir que estos resultados no
son muy confiables para predecir que sea un
material frágil ya que él hubiera podido
deformarse un poco más si no se hubiera
presentado un esfuerzo cortante en la mordaza
inferior, por esta razón el porcentaje de error del
máximo esfuerzo de tensión es de 34,12%.
Pero analizando los datos obtenidos sin importar
que se hubiera fracturado por la parte inferior de
la mordaza. Podemos decir que es un material
con poca ductilidad ya que el porcentaje de
reducción de área y el alargamiento relativo
porcentual equivalen a un 10,72 y un 9% y estos
son porcentajes pequeños. Y al mismo tiempo
también posee poca tenacidad ya que es una
material que absorbe muy poca energía tanto en
la zona elástica como en la zona plástica,
obteniendo así, una tenacidad de 50,968 Pa.
También se puede observar que los tres puntos
críticos, limite de fluencia, la resistencia a la
tensión y el esfuerzo de rotura del diagrama
esfuerzo deformación corresponden a 458,031
MPa, 469,428 MPa y 466,763 MPa
respectivamente. Los cuales son muy cercanos
entre sí, esto nos permite deducir que el material
después de que pasa la zona elástica su ruptura
llega muy pronto deformando tan solamente
0,1316 mm/mm. Aunque se deforma muy poco
tiene una buena resistencia de 4,51(103) Mpa.
Analizando los resultados para la varilla de
acero y la del latón, se puede decir que en ambos
la resistencia es muy buena, aunque la del acero
es mucho mayor que la del latón debido a su
modulo de elasticidad. El acero tiene mayor
capacidad de absorber energía en la zona
elástica que el latón esto se puede apreciar en su
resilencia que es de 32,50 MPa comparada con
la del latón que fue de 1,4 MPa. Pero el latón se
diferencia del acero debido a su mayor fragilidad
esto se puede observar tanto en la graficas 3
como en el tipo de fractura o mediante el
porcentaje de reducción de área y porcentaje de
elongación que fueron mucho menores para este.
Pero si analizamos el comportamiento del latón
en comparación con el acero antes de presentarse
las deformaciones plásticas se puede observar
que el latón tiene un punto de fluencia mucho
mayor que el del acero lo cual me indica que a
nivel interatómico el latón puede enlongar mas
sus enlaces interatómicos que el acero.
El acero en comparación con el latón es más
tenaz debido a que el área bajo la curva
esfuerzo-deformación es mayor en el acero que
en el latón. Ver grafica nº3.
El esfuerzo máximo de tensión en comparación
con el punto de fluencia o esfuerzo de fluencia
esta más distanciado en el acero que en el latón
debido a que en el acero se presenta un mayor
movimiento de dislocaciones en comparación
con el latón que tiende a presentar un
movimiento casi nulo de las dislocaciones.
AUTOEVALUACION
1. ¿Porque se dice que el diagrama esfuerzo
deformación no es real?
No es real por que en el diagrama esfuerzo
deformación la área va a permanecer constaste y
no es verdad, ya que en el proceso de tracción la
área va cambiando continuamente hasta la
rotura. La disminución en la tensión necesaria
para continuar la deformación una vez superado
el máximo esfuerzo de tensión, parece indicar
que la resistencia a la deformación plástica
disminuye. Pero en realidad ocurre todo lo
contrario. No obstante el área de la sección
disminuye rápidamente dentro de la estricción
que es donde ocurre la deformación. Esto
produce una disminución en la capacidad de la
probeta para soportar una carga, por esta razón el
diagrama esfuerzo deformación no es real ya q
este se obtiene con el área de la sección inicial
antes de que el material comience a deformarse
sin tener en cuenta la disminución de área de la
estricción.
2. ¿Qué pasa a nivel micro estructural antes,
durante y después del esfuerzo de
fluencia?
En la grafica esfuerzo-deformación el esfuerzo
de fluencia es el punto donde la grafica pierde su
linealidad y empieza a adoptar una forma
parabólica. Antes de llegar a este punto el
material tiene un comportamiento elástico
debido a que es un cambio temporal de forma
que sucede mientras una fuerza o esfuerzo se
aplica al material. En la deformación elástica el
cambio de forma lo causa la elongación en los
enlaces interatómicos ya que no hay movimiento
de dislocaciones debido a que en los materiales,
los defectos como limites de grano, defectos
puntuales y dislocaciones sirven como obstáculo
a las dislocaciones, además las dislocaciones se
encuentran rodeadas por átomos intersticiales, lo
cual hace que el esfuerzo necesario para mover
las dislocaciones a través de estos obstáculos o
imperfecciones del material sea mayor y es
conocido como esfuerzo de fluencia.
A partir de este punto las dislocaciones han
superado la energía de restricción que le s
impedía moverse, y comienzan un movimiento a
través de las direcciones de desplazamiento
correspondientes a la estructura cristalina del
material, alejándose de los átomos intersticiales
de forma gradual.
3. ¿Qué pasa a nivel micro estructural
durante la inflexión de la grafica?
La inflexión de la grafica es producida por el
movimiento de las dislocaciones que tratan de
alejarse de los átomos intersticiales, al aumentar
esta distancia interplanar de los planos de
deslizamiento se reduce la energía necesaria
para mover las dislocaciones, por consiguiente s
reduce el esfuerzo aplicado.
4. ¿Con esta gráfica puede determinar la
tenacidad del material? ¿Cómo se haría
(matemáticamente) y porque no se utiliza
comúnmente este ensayo para calcular
esta propiedad?
Si, con la grafica se puede determinar la
tenacidad del material, debido a que la tenacidad
de un material, es la capacidad que tiene el
material para absorber energía antes de
fracturarse, matemáticamente esta propiedad
puede ser hallada determinando el área bajo la
curva esfuerzo-deformación. La razón por la
cual no se utiliza este ensayo para determinar
esta propiedad es porque las velocidades
consideradas para este ensayo son mucho
menores, lo cual le permiten al material adquirir
deformaciones plásticas, mucho mayores y para
efectos de diseño estas deformaciones son
consideradas para áreas transversales constantes,
fenómeno que no ocurre en la práctica.
Al igual que la tenacidad necesita ser asociada
con la absorción de energía. Pero en tiempos
relativamente cortos, es decir a velocidades de
prueba altas (ensayo de impacto), ya que los
materiales tenaces son utilizados generalmente
para fabricar herramientas que están sujetas a
impacto (martillo).
5. ¿Cómo sería la morfología de una falla
por sobre esfuerzo? ¿Desde el punto de
vista de la composición por que el latón se
comporta frágil?
La morfología presentada por la aplicación de un
sobre esfuerzo puede adoptar una morfología de
fractura dúctil o frágil; o puede ser una mezcla
de las dos. Una fractura dúctil en un material
ocurre después de una intensa deformación
plástica y se caracteriza por la lenta propagación
de la grieta. Durante el proceso de propagación
de la grieta se presenta un encuella miento en la
zona de estrangulamiento, mientras que
interiormente se forman grietas que crecen y se
fusionan hasta el punto de ruptura generalmente
a 45 grados respecto al eje de tensión,
produciendo una fractura de cono y embudo. La
fractura frágil por lo general se produce a través
de planos cristalográficos llamados planos de
fractura y tiene una rápida propagación de la
grieta, debido a que no se presenta o es casi nula
la deformación plástica. La superficie de ruptura
frágil es relativamente plana, con textura
granular, como resultado de cambios en la
orientación de los planos de descohesión de un
grano a otro.
El latón es una aleación de cobre (Cu) y cinc
(Zn), en porcentajes comerciales de 70%Cu-
30%Zn y 60%Cu-40%Zn.
Debido a que el cobre presenta una estructura
cristalina FCC y el cinc una estructura cristalina
HCP, estructuras con el mayor factor de
empaquetamiento (distancias interplanares
cortas), el movimiento de las dislocaciones es
mínimo debido a que tiene pocos caminos por
donde avanzar, aumentando de forma
exponencial el esfuerzo necesario para mover las
dislocaciones, formando grietas y por ultimo
fracturando la probeta.
6. ¿Qué planos de deslizamientos estarían
implicados en la deformación del
material?
Los planos que me permiten un movimiento de
las dislocaciones y por consiguiente una
deformación en el material, son aquellos planos
de empaquetamiento compacto o los que tengan
un empaquetamiento los mas compactos posible.
Los planos de deslizamiento para el caso de la
probeta de acero son
{110; {112}; {123}.
Los planos de deslizamiento para el latón son:
Cu-{111} Zn-{0001}. A temperatura ambiente.
7. Explicar paso a paso los cambios
estructurales ocurridos en los puntos
críticos del diagrama esfuerzo tracción.
Los puntos críticos en el grafico son:
El esfuerzo de fluencia.
El esfuerzo máximo de tracción.
El esfuerzo de ruptura.
En el punto de fluencia el material empieza a
presentar deformaciones plásticas, debido a que
el esfuerzo aplicado ha roto los enlaces
interatómicos que le permitían al material
deformarse elásticamente.
Estas rupturas vienen seguidas del movimiento
de las dislocaciones a medida que estas se
mueven se van uniendo con otras dislocaciones
por lo que el esfuerzo aumenta gradualmente
produciendo en la probeta un encuella miento
alrededor de la zona de estricción, el esfuerzo
entonces alcanza su valor máximo cuando se
presenta una reducción de área significativa en la
zona de restricción que causa una disminución
del esfuerzo aplicado. Esta disminución del
esfuerzo viene acompañada de una disminución
de área transversal en la zona de estricción
(encuella miento), hasta llegar a un punto de
ruptura en donde el esfuerzo a superado las
fuerzas intermoleculares que mantenían unidos
los cristales del metal.
CONCLUSIONES
Se realizó un ensayo de tracción sobre una
probeta de acero corrugada de acuerdo al
procedimiento establecido por la norma ASTM
E8-61T (American Society for Testing and
Materials) y teniendo en cuenta las
especificaciones para la probeta establecidas en
la norma ICONTEC. La primera nombrada,
permitió obtener las características mecánicas
principales de dichos materiales a partir del
análisis de la curva de tensión deformación y
verificando de este modo las propiedades de
acero y del latón.
Según los datos obtenidos para cada material se
concluyo que los datos obtenidos por medio del
software son menos confiables q los obtenidos
experimentalmente ya que los porcentajes de
error del software comparados con los valores
de las propiedades mecánicas de cada material
son mayores que los obtenidos por medio de la
parte experimental.
La práctica realizada para el acero fue más
exitosa que la realizada para el latón ya que el
acero se fracturo por medio de la tensión
realizada y no por las cortantes en la mordaza.
Por observación de la superficie de rotura se
puede decir que en el acero se presenta un
esfuerzo de cizalla a un Angulo determinado
debido a la acumulación de dislocaciones
mientras que en la rotura del latón sucede lo
contrario, debido a esto se puede deducir quien
fue más frágil y cual más dúctil.
Según el diagrama esfuerzo Vs Deformación no
es real para analizar la tenacidad de un material
ya que en que en él, se va a mantener constante
el área y es algo que no sucede
experimentalmente ya que el área durante la
deformación plantica va variando.
BIBLIOGRAFIA
[1] William F Smith. “Fundamentos de la ciencia
e ingeniería de materiales”. Tercera edición.
Editorial McGraw Hill/Interamericana De
España S.A.U.1998. Estructura atómica: Cap.2.
Propiedades mecánicas de los metales: Cap.6.
[2] Donald R. Askeland Pradeep P Phulé.
“Ciencia E Ingeniería De Los Materiales”.
cuarta edición. Editorial COPYRIGHT 2004 por
international Thomson Editores S.A. Parte
2.propiedades y comportamientos mecánicos:
Cap. 6. Endurecimiento por deformación: Cap.7.
[3] William D callister Jr. “Ciencia E Ingeniería
De Los Materiales”. Tercera edición. Editorial
REVERTE S.A. Bogotá Imperfecciones en
solidos: Cap.4. Propiedades mecánicas de los
metales: Cap.6.
[4] Shackelford, James F. “Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros”. 4ª edición, Pearson Educación, 1998. [5]. Pat L. Mangonon . “ciencias de materiales selección y diseño”primera edición. Editorial. Prentice Hall. México 2001. Propiedades para los de los materiales para el diseño de estructura y componentes: Cap. 4. [6] AVNER Sidney H. “Introducción a la Metalurgia Física”. Mc Graw-Hill, 2a. Ed. México, 1988
[7] ciencia para la metal mecánica. “Los
Aceros: Obtención de sus propiedades”. División
De Industria. Cartilla N° 14 Sena. Editorial
Secciones Públicas Dirección General enero
1998.
[8] ciencia para la metal mecánica.
“conformación de los metales”. División De
Industria. Cartilla N° 22 Sena. Editorial
Secciones Públicas Dirección General enero
1998
[9] ciencia para la metal mecánica. “Bronce y
latones”. División De Industria. Cartilla N° 29
Sena. Editorial Secciones Públicas Dirección
General enero 1998.
[10] ciencia para la metal mecánica.
“Normalización DIN De Los Aceros”. División
De Industria. Cartilla N° 32 Sena. Editorial
Secciones Públicas Dirección General enero
1998.
[11] ciencia para la metal mecánica. “Aceros
SAE”. División De Industria. cartilla N° 33
Sena. Editorial Secciones Públicas Dirección
General enero 1998.
[12] Kinstler, T.J. “Current Knowledge of the
Cracking of Steels during Galvanizing. A
Synthesis of the Available Technical Literature
and Collective Experience of the American
Institute of Steel Construction”. 79 páginas. En
lapágina. http://www.aisc.org/Content/Content
Groups/Engineering_and_Research/Research1/F
inal5906.pdf. Galvascience LLC. Springville,
USA, 2005.
RECOMENDACIONES
Verificar funcionamiento del software debido a
que en el ensayo de tracción se pudo observar
que los porcentajes de error entre el valor teórico
y los tomados de software son mucho mayores
que los obtenidos experimentalmente.
Verificar el procedimiento para el ensayo de
tracción de la probeta de latón debido a que esta
rompió cerca a la mordaza inferior,
considerándose este ensaño como nulo. Se
recomienda realizar de nuevo el ensayo.
