Embed Size (px)
DESCRIPTION
ensayo de traccion ing sampen
Citation preview
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Laboratorio De Ciencia De Los Materiales
INFORME Nº 1
ENSAYOS DE TRACCIÓN
Curso:Ciencia De Los Materiales // MC112-F
Profesor:Ing. Luis Alberto Sampen
Integrantes:Osorio Tarazona, Artur Hansel 20150015H
García Chavez, Gabriel Enrique 20154004K
Quiroz Ayala, Francis Gabriel 20150229H
Fecha de realización: 04/04/16Fecha de presentación: 18/04/16
2016-I
2
INDICE
1. Objetivos………………………………………………………………………………….3
2. Fundamento Teórico……………………………………………………………………3
3. Datos de Laboratorio…………………………………………………………………...5
4. Conclusiones y recomendaciones……………………………………………………8
3
1.- Objetivos
Entender e interpretar las gráficas fuerza-alargamiento, obtenidas en los ensayos
de tracción.
Ser capaz de calcular los siguientes parámetros en un material a la vista de la
gráfica fuerza-alargamiento.
a) Esfuerzo de Fluencia (Límite Elástico).
b) Resistencia a la Tracción.
c) Alargamiento a la Rotura.
d) Estricción a la Rotura.
2.- Fundamento Teórico
Este ensayo tiene por objetivo definir la resistencia elástica, resistencia última y
plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas uniaxiales. Se requiere de un
dispositivo capaz de alcanzar la fuerza suficiente para provocar una rotura en la probeta,
también de controlar el registro de las fuerzas y el alargamiento o deformación de las
probetas.
De la curva podemos apreciar:
1.- La distinción de cuatro regiones:
La figura mostrada nos indica las zonas de la curva de tracción
4
- Zona elástica (1) La región a bajas deformaciones (hasta el punto P), donde se cumple
la Ley de Hooke: σ=E∗ε (E = modulo elástico).
- Zona plástica (2): A partir del punto 2. Se pierde el comportamiento lineal, el valor de
tensión para el cual esta transición ocurre, es decir, se pasa de deformación elástica a
plástica, es el Límite de Elasticidad, σ y, del material.
- Zona de reforzamiento (3): Es donde la tensión va aumentando hasta un instante en el
que esa tensión sea máxima.
- Zona de estricción (4): El diámetro de la probeta va disminuyendo notablemente
llegando hasta la rotura del material.
2.- TIPOS DE DEFORMACIONES:
2.1 DEFORMACIÓN ELÁSTICA:
Definimos elasticidad como la propiedad de un material en virtud de la cual las
deformaciones causadas por la aplicación de una fuerza desaparecen cuando cesa la
acción de la fuerza.
Esta relación se conoce con el nombre de ley de Hooke, y la constante de
proporcionalidad, E(MPa) es el módulo de elasticidad, o módulo de Young.
Solo se produce en el área 1 (Zona elástica) de la figura anterior mencionada.
2.2. DEFORMACIÓN PLÁSTICA:
Definimos como plasticidad a aquella propiedad que permite al material soportar una
deformación permanente sin fracturarse. En el gráfico se observa en el punto P, el límite
elástico σ P, determinado como la tensión para una deformación plástica del 0.002. (P es
el límite entre el área 1 y 2).
5
3.- ESFUERZO DE TRACCIÓN (σ ).- Es el esfuerzo que soporta un material al ser
estirado. Se obtiene mediante la relación:
¿FA
Donde F es la fuerza de tracción y A es el área perpendicular al eje donde se aplica la
fuerza.
4.- ESTRICCIÓN (ψ): Es la variación del área inicial y final de la base de un material.
%ψ=Ao−A f
Ao∗100
5.- DEFORMACIÓN (ε): Es la variación de la longitud inicial y final de un material, en este
caso, los probetas.
% εrotura=L f – Lo
Lo∗100
3.- Cálculos
3.1.- Datos de Laboratorio:
Material L0(mm) D0(mm) Lfinal(mm) Dfinal(mm) Fmax(kgf )SAE 1010 30 6.15 38.25 3.25 1730SAE 1045 30 6.29 36.21 4.19 2290
Cobre 30 6.18 34.05 3.51/4.14 1320Aluminio 30 6.45 34.68 3.65 390
Latón 30 6.02 36.26 5.15 1220
Se procederá a realizar los cálculos de las dimensiones, características y propiedades de cada probeta en función a su material.
Aluminio
Ao=π (D0)
2
4=32.674mm2
A final=π (D final)
2
4=10.463mm2
σ max=Fmax
Ao=37.274 kg−f /mm2
6
ψ=Ao−A final
Ao∗100=67.97%
% εmax=L f – Lo
Lo∗100=15.6 %
E=σε=2.34MPa
Cobre
A0=π (D0)
2
4=29.996mm2
A final=π (Dfinal )
2
4 =11.4129mm2
σ max=Fmax
Ao=115.687 kgf /mm2
ψ=Ao−A final
Ao∗100=67.74%
% εrotura=L f – Lo
Lo∗100=13.5%
E=σε=8.406MPa
Laton
A0=π (D0)
2
4=28.463mm2
A final=π (Dfinal )
2
4 =20.8307mm2
σ max=Fmax
Ao=58.567 kgf /mm2
ψ=Ao−A final
Ao∗100=26.81%
% εrotura=L f – Lo
Lo∗100=20.86%
E=σε=2.75MPa
7
SAE 1010
A0=π (D0)
2
4=29.705mm2
A final=π (Dfinal )
2
4 =8.295mm2
σ max=Fmax
Ao=208.85 kgf /mm2
ψ=Ao−A final
Ao∗100=72.22%
% εrotura=L f – Lo
Lo∗100=28.6%
E=σε=7.163MPa
SAE 1045
A0=π (D0)
2
4=31.073mm2
A final=π (Dfinal )
2
4 =13.788mm2
σ max=Fmax
Ao=166.086kgf /mm2
ψ=Ao−A final
Ao∗100=55.62%
% εrotura=L f – Lo
Lo∗100=20.7 %
E=σε=7 .871MPa
3.2.- Resumen de cálculos:
SAE 1010 SAE 1045 Cobre Alumínio Latón
8
Lfinal(mm) 38.25 36.21 34.05 34.68 36.26
Dfinal(mm) 3.25 4.19 3.51−4.14 3.65 5.15
A final(mm2) 8.295 13.788 11.4129 10.463 20.8307
Fmax(kg) 1730 2290 1320 390 1220
❑max(kg/mm2) 208.85 166.086 115.687 37.274 58.567
Ψ (%) 72.22% 55.62% 67.44% 67.97% 26.81%
(% ) 28.6% 20.7% 13.5% 15.6% 20.86%
4.- Conclusiones
Preguntas que nos ayudan a interpretar las curvas características
9
a) Cuantas veces más resiste es el acero AISI 1045 en comparación con elAl, Cu y el AISI 1010
Realicemos unos cálculos previos:
AISI 1010: 22901730
=1.32
Aluminio: 2290390
=5.87
Cobre: 22901320
=1.73
Concluimos que el acero AISI 1045 es 1.32 veces más fuerte que el AISI 1010, 5.87 veces más fuerte que el Aluminio y 1.73 más que el Cobre.
b) ¿Cuál de los materiales ensayados presenta mayor deformación plástica?
Observando la tabla de resultados, se observa que el que resultó más deformado es el acero SAE1010 con 38.25mm lo cual implica una
deformación del 28.6%, en contraste con el bronce, que se deformó 36.26mm que corresponde al 20.86%
c) Cuál de los materiales ensayados presentó un mayor valor en su módulo de Young?
Dado que no se obtuvo la gráfica para analiza las pendientes de deformación en la zona elástica, se usó el esfuerzo máximo y la deformación porcentual/unitaria para calcular los valores del Módulo de Young.
10
El valor más alto lo posee el cobre con ECu=8.41GPa
d) Indique un ejemplo en el cual el módulo de elasticidad sea fundamental en la elección de un material para fabricación de un elemento mecánico determinado.
Vigas de construcciones o grúas, bases de máquina o en general piezas donde se va a aplicar un alto esfuerzo, ya que conviene obtener la menor deformación posible al soportar una carga muy elevada, para lo cual necesitamos un módulo de elasticidad de muy elevado.
e) ¿Cómo se puede compensar la poca resistencia mecánica de un metal cuando tenga que ser elegido obligatoriamente para un requerimiento determinado?
Una solución es realizar un proceso para mejorar sus propiedades como por ejemplo temple, revenido, recosido, etc. Un claro ejemplo es el visto en el laboratorio, el tratamiento térmico al acero AISI 1045 para aumentar su dureza.
11
5.- Test de comprobación
1. ¿Cuándo se dice que un material está sometido a un esfuerzo de tracción?
El esfuerzo de tracción sucede cuando un material, en este caso probetas, está sometido por dos fuerzas normales iguales y opuestas, perpendiculares a su área transversal, que tienden a producir el deformación lineal y uniaxial de la pieza o elemento sobre el cual actúan.
2. ¿Qué es la fluencia?
El esfuerzo de fluencia es aquel esfuerzo, para el que se produce una pequeña cantidad definida de deformación plástica. El límite elástico por consenso se establece cuando ha tenido lugar un 0.2% (0.002) de deformación plástica.
3. ¿Cómo se determina la fluencia en un material dúctil?
Los materiales dúctiles presentan una fase de fluencia caracterizada por una gran deformación sin apenas incremento de la carga. Esto indica que tienen un módulo de Young E bajo, y se puede estirar para formar largos hilos. Una aplicación son las joyas realizadas en Oro o Plata. Para determinar la fluencia, solo hay que apreciar un ligero aumento de carga en la deformación. Se usa en estos casos la microdureza por la necesidad de bajas cargas
4. ¿Cómo se determina la fluencia en un material duro?
12
Los ensayos muestran que durante la fase de fluencia en un material duro la carga aplicada tiende a retroceder por un momento corto. El método offset es eficiente en este caso, ya que se calcula el esfuerzo de fluencia a altas durezas. Se usa en estos casos la macrodureza por el hecho de que es difícil deformarlos
5. ¿Qué aspecto presenta la fractura en un material dúctil?
La fractura en un material dúctil muestra una gran deformación en la zona de rotura, se aprecia un cuello muy pronunciado y una rotura de 45 °, como la observada en la imagen tomada en el laboratorio del Cobre.
6. Como se denomina a la capacidad que posee un material de absorber energía elásticamente y devolverla cuando se elimina la carga
Dicha propiedad es la elasticidad, que es la capacidad que tienen los materiales de recobrar su forma primitiva, cuando cesa la fuerza o causa que los deforma. Su equivalente opuesto es la plasticidad, donde quedan deformados permanentemente aunque la carga aplicada haya cesado.
7. Cuanto mayor es el módulo de Young, que ocurre con la deformación elástica resultante de una tensión aplicada.
Dado que en una gráfica σ vs ε , el módulo de Young es la pendiente de la recta de la zona elástica, si el módulo de Young es muy alto pendiente es muy alta. Esto implica que debe aplicarse mucha carga o esfuerzo para producir una deformación notoria, y bajas cargas no afectaran notoriamente el material.
