ENSAYO DE TRACCIN

ENSAYO DE TRACCININFORME N2Laboratorio de Ciencia de los Materiales

AO DE LA UNIN NACIONAL FRENTE A LA CRISIS EXTERNA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICALaboratorio De Ciencia De Los Materiales

INFORME N 2ENSAYOS DE TRACCINCurso:

Ciencia De Los Materiales // MC112-FProfesor:

Ing. Sampen Integrantes:2015-II. NDICE

ndice.. ()I. Objetivos.. ()II. Fundamento terico.()III. Descripcin del equipo utilizado()IV. Descripcin del procedimiento experimental ()V. Resultados del ensayo de traccin()VI. Cuestionario ()VII. Conclusiones.. ()VIII. Observaciones ()IX. Recomendaciones. ()X. Bibliografa. ()I. OBJETIVOS

Obtener la grfica experimental Carga vs. Deformacin.

Obtener, a partir de la grfica anterior, las grficas Esfuerzo vs. Deformacin de Ingeniera.

Determinar la resistencia mecnica a la traccin de los materiales ensayados a partir de las grficas y los datos recogidos.

II. FUNDAMENTO TEORICO

Ensayo de traccin

Definicin:Un cuerpo se encuentra sometido a traccin simple cuando sobre sus secciones transversales se le aplica cargas normales uniformemente repartidas de manera que tiendan a producir su alargamiento.

Por las condiciones de ensayo, el de traccin esttica es el que mejor determina las propiedades mecnicas de los metales, sea es aquella que define sus caractersticas de resistencia y deformabilidad.

Permite obtener bajo un simple estado de tensin, el lmite de elasticidad, la carga mxima y la consiguiente resistencia esttica, en base a cuyos valores se fijan los de las tensiones admisibles o de proyecto y mediante el empleo de medios empricos se pueden conocer, el comportamiento del material sometido a otro tipo de solicitaciones (fatiga, dureza, etc.).

Cuando la probeta se encuentra bajo un esfuerzo esttico de traccin simple, a medida que aumenta la carga se estudia a esta y su relacin con las deformaciones que produce en la probeta, dando como resultado el diagrama de esfuerzo vs deformacin unitaria. Dicho grafico se obtiene directamente de la mquina.

Curva de traccin

Representacin grfica de esfuerzo vs deformacin unitaria obtenidos en el ensayo de traccin (maquina universal de ensayos mecnicos). En la curva de traccin se determinan puntos y zonas importantes, que determinan el comportamiento y las caractersticas de los materiales.

Un material presenta dos zonas en cuanto a su comportamiento ante un esfuerzo de traccin.

Zona elstica: Se caracteriza porque al cesar las tensiones aplicadas, los materiales recuperan su longitud inicial. En esta zona hay a su vez dos zonas.

Zona de proporcionalidad: En la grfica es una lnea recta, es decir el alargamiento unitario es proporcional a la tensin ejercida.

= *

Dnde:

: Esfuerzo (Kg*f/mm2)

E: Mdulo de elasticidad o mdulo de Young (N/).

: Deformacin unitaria (adimensional).

Zona no proporcional: El material se comporta de manera elstica, pero no existe una relacin proporcional entre tensin y deformacin.Zona plstica: Se ha rebasado la tensin del lmite elstico y aunque dejemos de aplicar tensiones de traccin, el material ya no recuperara su longitud original. En la zona plstica hay a su vez, dos zonas.

Zona de deformacin plstica uniforme o zona de lmite de rotura: Se consigue grandes alargamientos con un pequeo incremento de la tensin. En esta zona se encuentra el lmite de rotura y la tensin en ese punto se llama tensin de rotura (). A partir de este punto, la probeta se considera rota, aunque fsicamente no lo est.Zona de rotura o zona de estriccin: Las deformaciones son localizadas y aunque disminuya la tensin, el material se deforma hasta la rotura. La seccin de la probeta se reduce drsticamente.Una vez definida la curva de traccin, veamos algunas definiciones:

Lmite de proporcionalidad (): La tensin a partir de la cual deja de cumplirse la relacin proporcional entre la tensin y la deformacin, y por lo tanto se deja de cumplir la ley de Hooke.

Lmite de elasticidad (): La tensin a partir de la cual las deformaciones dejan de ser reversibles, es decir la probeta no recuperar su tamao inicial.

Lmite de fluencia (): Valor de la tensin que soporta la probeta en el momento de producirse el fenmeno de la fluencia.

Lmite de rotura (): Mximo valor de la tensin observable en un diagrama esfuerzo vs deformacin unitaria. Esta es la mxima tensin que soporta la probeta.

Estriccin: Es la reduccin de la seccin que se produce en la zona de la ruptura. Caractersticas de los materiales que se pueden obtener con el ensayo de traccin:

Esfuerzo y deformacin de ingeniera: Esfuerzo de ingeniera (): Relacin entre el esfuerzo uniaxial aplicada sobre un rea determinada de una probeta. Los esfuerzos de ingeniera se calculan empleando el rea inicial de la probeta.

= Dnde:

F: Fuerza uniaxial (N, Kg, Lb).

: rea inicial ().

Deformacin unitaria en ingeniera (): Es el cociente del cambio de la longitud de la muestra en la direccin del esfuerzo uniaxial, entre la longitud original considerada. La deformacin tambin puede expresarse en porcentaje.

=Dnde:

: Longitud inicial de la probeta (cm, m, pulg).

: Longitud final de la probeta (cm, m, pulg).

Esfuerzo y deformacin real:

Esfuerzo real (): Es la relacin entre el esfuerzo uniaxial medio ejercida sobre la probeta, entre el rea de la muestra de seccin mnima en un instante.

=Dnde:

: Fuerza uniaxial medio sobre a probeta (N, Kg, Lb).

: rea de la muestra en cada instante ().

El esfuerzo real, tambin se puede calcular en funcin al esfuerzo de ingeniera y la deformacin de ingeniera.

Deformacin real (): Es la deformacin instantnea que sufre la probeta al aplicrsele la carga.

Mdulo de Young (E): Constante que representa la relacin entre el esfuerzo y la deformacin en la zona proporcional. Tambin se le llama mdulo de elasticidad.

Dnde:

: Esfuerzo (Kg*f/mm2)

E: Mdulo de elasticidad o mdulo de Young (N/).

: Deformacin unitaria (adimensional).

Estriccin (): Es la disminucin de la seccin en la fractura de una probeta, rota por traccin. Se inicia inmediatamente despus de la carga mxima produciendo deformacin localizada en la probeta formando lo que se llama cintura o ahusamiento en el material. Se expresa en porcentaje y est dada, por la ecuacin siguiente:

Dnde:

: rea inicial.

: rea final.

El porcentaje de alargamiento y porcentaje de estriccin es una de la ductilidad del metal y nos da una idea de la calidad del mismo.

Resiliencia (R): Es la mayor cantidad de energa de deformacin por unidad de volumen que un material puede absorber, sin exceder su lmite de proporcionalidad. En el grafico esfuerzo vs deformacin es el rea comprendida bajo la zona elstica.

Dnde:

: Esfuerzo de proporcionalidad.

: Deformacin unitaria de proporcionalidad.

Tenacidad (T): Es la cantidad de energa que puede absorber un material en traccin, hasta un instante antes de romperse (rea total bajo la curva de traccin). Una ecuacin prctica para determinar la tenacidad es la siguiente:

Dnde:

: Esfuerzo de proporcionalidad.

: Esfuerzo mximo.

: Esfuerzo de rotura.

: Deformacin unitaria de roturaIII. DESCRIPCIN DEL EQUIPO UTILIZADO

Equipo Amsler:

Marca: Alfred J. Amsler y CIA. Schaffhausen, Suiza (46/224)

Ensayo de traccin, compresin y flexin simple con maquina Universal de Amsler de capacidad hasta 50 tn.Motorizada.Mide las tensiones de rotura.

Puede realizar la grfica del material con que se trabaje (cobre, bronce, aluminio, etc.).

Figura 1. Equipo Amsler del Laboratorio N4 de la Facultad.

IV. DESCRIPCIN DEL PROCEDIMIENTO

Antes de comenzar con el ensayo de traccin, es indispensable tomar las medidas respectivas (dimetro y largo inicial) de la probeta a ensayar. Para esta operacin debemos utilizar correctamente el Pie de Rey, el cual, en estas circunstancias, se convierte en un instrumento de vital importancia.

Figura 2. Pie De Rey. |Figura 3. Detalle de las unidades milimetradas del Pie De Rey.Para tomar las medidas de la probeta utilizaremos las medidas del Sistema Internacional (SI), por lo cual expresaremos nuestras medidas en milmetros.

Debemos ser muy cuidadosos en esta parte del ensayo, ya que estos valores los compararemos con los finales para poder calcular las propiedades del material.

Figura 4. Medicin de las dimensiones de una probeta por parte del profesor.

Luego de medir todas y cada una de las probetas, iniciamos el ensayo de traccin en s.

Sujetamos la probeta a la mquina universal por medio de unos adaptadores. Utilizamos ese aparato porque nuestras probetas eran cortas de tamao.

Aplicamos una pequea carga hasta ver que el movimiento de la aguja es inminente. Despus, graduamos el indicador de carga en cero.

Aplicamos de manera continua y lenta la carga, que en este caso tiene un mximo de 3000 Kg, y, simultneamente, tomamos lectura del indicador.

Una vez ocurra la rotura, retiramos sus partes y medimos su longitud y dimetro final.

Colocamos la siguiente probeta y repetimos los paso. De igual forma para las otras.

Figura 5. Proceso de estiramiento y ruptura experimentado por la probeta. | Figura 6. Partes de una grfica .V. RESULTADOS DEL ENSAYO DE TRACCINMaterialL0D0A0(mm2)

SAE 101025 mm6.0 mm28.27mm2

SAE104525 mm6.2 mm30.19mm2

COBRE25 mm6.1 mm29.22mm2

ALUMINIO25 mm6.3 mm31.17mm2

BRONCE25 mm6.44mm32.57mm2

ESFUERZO MAXIMO m=Fm/A0

sae1010

m=54.1209

sae1045

m=86.1212

Cobre m=36.0027

Aluminio m=23.6766

Bronce m=47.8968

ESFUERZO DE FLUENCIA f=Ff/A0

sae1010 f=39.264

sae1045

f=57.105

Cobre f=30.013

Aluminio f=24.16

Bronce f=32.299

DEFORMACION m= (L-L0)/L0sae1010 m=37.2

sae1045

m=19.8

Cobre m=23.8

Aluminio m=24.16

Bronce m=34

ESTRICCION= (A0-A)/A

sae1010

=60.933

sae1045

=84.385

Cobre=69.476

Aluminio=52.759

Bronce=25.723PREGUNTAS:Cuantas veces ms resiste el acero ms resistente ensayado en comparacin con el Al, Cu y el otro acero y que beneficios se pueden obtener de esta observacin.

Cul de los materiales ensayados presenta mayor deformacin plstica.El bronce presenta la mayor deformacin plstica con un porcentaje de 34%Cul de los materiales ensayados presento un mayor valor en su modulo de Young?El acero sae1045 presenta el mayor modulo de Young de los materiales usados.Indique un ejemplo en el cual el modulo de elasticidad sea fundamental en la eleccin de un material para fabricacin de un elemento mecnico determinado.

Como puede compensar la poca resistencia mecnica de un metal cuando tenga que ser elegido obligatoriamente para un requerimiento determinado?

VI. CUESTIONARIOUn cable de acero de 10 m de longitud y 10 mm de dimetro se utiliza para mover un ascensor, calcule la fuerza mxima que puede soportar para que no se alargue ms de 5 mm suponiendo un comportamiento elstico. El mdulo de elasticidad es de 207 GPa.

R=5*10-3 , Lo=10m, L=5*10-3m.

Se est estudiando la resistencia de un nuevo material; en el ensayo de traccin se utiliza una probeta cilndrica de 38 mm de dimetro y 125 mm de longitud. Al aplicarle una fuerza de 60 kN, se encuentra justo en el lmite elstico y se ha alargado 18 mm. Determine su mdulo de elasticidad.

DATOS:

R=19*10-3 L=125*10-3m

F=6*104N

L=18*10-3m

Una pieza de latn de 70 mm de longitud deja de tener comportamiento elstico para esfuerzos superiores a 345 MPa .El mdulo de elasticidad del latn es 103 GPa.

Cul es la fuerza mxima que puede aplicarse a una probeta de 150 mm2 de seccin que produzca deformacin plstica?

DATOS:

L=70*10-3E=345*103Pa

F/S=345*103Pa

(Mnima para la deformacin plstica y mxima para la deformacin elstica).

Cul es la longitud mxima a la que puede ser estirada sin que se produzca deformacin plstica?

DATOS:

L=70*10-3E=345*103Pa

F/S=345*103Pa

Dada una varilla con dimensiones iniciales de dimetro 2 mm y longitud de 500 mm.

Determinar el lmite elstico.

La resistencia a la traccin

Alargamiento a la rotura

El mdulo de elasticidad.

Calcular la tensin que producir un incremento de longitud de varilla de 15 mm.

Calcular la longitud de la varilla una vez retirada la tensin.

Calcular la seccin que debe tener una varilla de este material para soportar 2500 kg sin que presente deformacin plstica.

DESARROLLO:El lmite elstico es el punto donde deja de ser elstico y se vuelve plstico:

=550M Pa (aproximadamente segn la grfica).

La resistencia a la traccin es la carga mxima que se soporta.

=740M Pa (aproximadamente segn la grfica)

El alargamiento de la rotura:

El mdulo de elasticidad:

Tensin producida por el incremento de la longitud de la varilla:

=665*103 Pa. (Segn la grfica para el punto 0.03)

Lo=500mm.

L=15mm.

Se sabe:

Longitud final=Longitud inicial + AL (alargamiento de rotura)Lf=500mm +64mmLf=564mm.

Calculando la seccin de la varilla:

VII. CONCLUSIONES:Es importante realizar ensayos de traccin en distintos materiales, puesto que as conoceremos sus propiedades mecnicas (resistencia mecnica, dureza, etc.) para despus darle un adecuado uso y mantenimiento.

Concluimos que es muy importante hacer ensayos de traccin a los diversos materiales a los que se les pueda dar uso, puesto que as podramos elegirle un buen uso y darle un debido mantenimiento dentro del marco de la ingeniera mecnica en general.

Para obtener ptimos resultados en los ensayos de traccin, las probetas se deben someter a una fuerza axial.

Se concluye que los materiales utilizados, en cierto intervalo, cumple con la ley de Hoocke: F=kx.Concluimos que pasado el lmite de proporcionalidad el metal presenta una regin de fluencia.Concluimos que la deformacin de la probeta no se realiza uniformemente, es decir, hay momento en donde la probeta se deforma ms rpido; esto se debe de acuerdo a las propiedades mecnicas de los materiales.

Es imprescindible utilizar el mtodo grfico para determinar la deformacin final medida. Esto porque al terminar el ensayo de traccin la probeta se recupera ya que ha sufrido una deformacin elstica recuperable.VIII. OBSERVACIONES:

De las probetas empleadas se hace notar que el acero de medio carbono soporta mayor carga, mientras que el aluminio no soporta tanta carga.

Observamos que la lnea graficada en el papel, del ensayo de traccin, mientras se mantenga recta iniciar que se encuentra en forma elstica, sin embargo al alcanzar la carga mxima empieza a curvearse y regresar al punto de partida, es aqu donde observamos que la probeta se est deformando.

IX. RECOMENDACIONES:Implementacin de un sistema de encapsulamiento manual en la zona de ruptura con el fin de reducir el ruido brusco producido por la ruptura de las probetas cuya resistencia es bastante alta.

En las mordazas tanto superior como inferior se podran adicionar seguros de aplicacin manual de manera que en el momento de la ruptura de una probeta con una alta resistencia el mecanismo de 4 piezas de las cuales ha sido sostenida no salga disparadas cayendo al suelo, lo cual da una sensacin de deficiencia en la mecnica de la mquina.

Se recomienda usar adecuadamente el pie de rey en la medicin de las areas, para as disminuir la propagacin del error en los clculos.

X. BIBLIOGRAFA

Tratamiento Trmico de los Aceros. Apraiz, J.

Tcnicas de Laboratorio para pruebas de Materiales. Keyser, Carl. Limusa-Wiley

Pruebas Mecnicas y Propiedades de los Metales. Zolotorevski, V. Editorial Mir.

Figura 1: Maquina de traccin AMSLER

Figura 2: Grafica de la curva de traccin

Figura 3: Grafica del ensayo de traccion obtenica en el laboratorio.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA | FACULTAD DE INGENIERA MECNICA