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8/10/2019 Tracción Para Imprimir

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CIENCIA DE LOSMATERIALES UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Página 1

OBJETIVOS

Comparar la elasticidad de los distintos materiales utilizados en el laboratorio.

Analizar las variaciones tanto en los diámetros como en las longitudes de cada

material.

Obtener los valores del б ing , б real, Ɛing , Ɛreal ,, la tenacidad, la estricción, la

resilencia y el factor de seguridad.

Identificar en cada grafica las zonas más importantes como la zona elástica y

el limite elástico, punto de fluencia, punto de carga máxima, punto de fractura

o ruptura.

Comparar los resultados reales con los resultados obtenidos

experimentalmente.

Familiarizarnos con los materiales y herramientas que se usaron en el

laboratorio.

DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES UTILIZADOS

MÁQUINA AMSLEREs una máquina de funcionamiento mecánico hidráulico calibrado para cinco

toneladas para iniciar el funcionamiento se conecta en un enchufe al toma

corriente para brindarle electricidad y activar el motor eléctrico y transformar la

energía eléctrica en energía mecánica para mover el cilindro inferior, al mover

el embolo genera energía hidráulica para usar el fluido como combustible ygenerar energía eléctrica dirigiéndose hacia el cilindro superior, en el





transcurso del recorrido el fluido ofrece una resistencia en contra del tubo y

para esto deben estar las válvulas que ejercen contrapresión y regulan el

paso del fluido y cuando llega al cilindro superior por el incremento de la

presión hace desplazar el embolo de dicho cilindro y la energía de hidráulica

que genera este cilindro, se transforma en energía mecánica llegando al

resorte transformándose en energía potencial elástica y esta energía se

comunica a un pequeño sistema conformado por un pequeño tambor en el

cual se grafica carga vs. Deformación y el indicador que comunica la carga

que se aplica la cual llega a la máxima la flecha y luego de este desciende

hasta la ruptura y formación del cuello.

LAPICEROEl objetivo o la función que cumple este equipo es la de trazar la curva que se

origina cuando se va aplicando la carga gradualmente.





PAPEL MILIMETRADOEs aquella en donde se van a realizar los diagramas de las curvas de cada

material.

PROBETALas probetas que utilizamos en el laboratorio son cinco:

Aluminio

Cobre

Bronce Acero dulce





Acero corrugado

Las probetas están formadas por una parte central, calibrada, terminada en ambos

extremos por sendas cabezas la cual tiene por finalidad ser ajustadas por lasmordazas de la maquina.

Diámetro: en las probetas cilíndricas podrá adoptarse cualquier diámetro, aunque se

recomiéndalos dos tipos siguientes:

-Probeta normal: 150mm 2

-Probeta pequeña: 37.5mm 2

Dimensionado: la longitud de la parte calibrada deberá ser por lo menos 1.2 veces la

longitud inicial L 0 entre los trazos de referencia.

La longitud L es la distancia entre referencia después de la rotura, medida

aproximando y acoplando entre sí las dos partes en que ha quedado dividida la

probeta cuidando de sus respectivos ejes queden en prolongación uno con otro.

Sección: la sección puede ser circular, cuadrada, rectangular, y en casos especiales

de otra forma parecida. En las probetas rectangulares, la relación entre los lados no

debe de ser menor de ¼.

Cabezas de la probeta: La forma y dimensión de las cabezas viene fijadas por el

dispositivo de sujetación de la maquina.

En acuerdo entre la cabeza y la parte calibrada se hará en forma de curva tangente

a esta última y con un radio mínimo de 5mm.

Modelo de probeta usado en el laboratorio





REGLA DE VERNIER

Esta regla la utilizamos para medir las longitudes y el diámetro de cada probeta.

FUNDAMENTO TEÓRICO

El ensayo de tracción de un consiste en someter a una probeta normalizada

realizada con dicho material a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se

produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una

ALUMINIO

ACERO CORRUGADO

COBRE

BRONCE ACERO DULCE

http://es.wikipedia.org/wiki/Probeta

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

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Probeta





fuerza estática o aplicada lentamente. Las velocidades de deformación en una

ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas (ε=10 -4 a 10-2 s-1).

En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de losmateriales elásticos:

Módulo de elasticidad o Módulo de Young : Que es el esfuerzo sobre la

deformación,

Límite de proporcionalidad valor de la tensión por debajo de la cual el

alargamiento es proporcional a la carga aplicada.

Límite de fluencia o límite elástico aparente: valor de la tensión que

soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o

fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las

deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incrementode la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.

Límite elástico (límite elástico convencional o práctico): valor de la

tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%,

0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado.

Carga de rotura o resistencia a la tracción: carga máxima resistida por la

probeta dividida por la sección inicial de la probeta.

Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta.

Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en

tanto por ciento.

Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de larotura.

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%B3dulo_de_elasticidad

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=L%C3%ADmite_de_proporcionalidad&action=edit&redlink=1


http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmite_de_fluencia

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmite_el%C3%A1stico

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Resistencia_a_la_tracci%C3%B3n&action=edit&redlink=1

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http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmite_el%C3%A1stico

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmite_de_fluencia


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Carga máxima: es la carga máxima a la cual una probeta se puede

deformar, luego de esta deformación la probeta procederá a romper.

Deformaciones elásticas: en esta zona las deformaciones se reparten a lo

largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga

aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de

proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de

elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos los aceros

tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser

muy diferentes. La tensión más elevada que se alcanza en esta región se

denomina límite de fluencia y es el que marca la aparición de este

fenómeno. Pueden existir dos zonas de deformación elástica, la primerarecta y la segunda curva, siendo el límite de proporcionalidad el valor de la

tensión que marca la transición entre ambas. Generalmente, este último

valor carece de interés práctico y se define entonces un límite elástico

(convencional o práctico) como aquél para el que se produce un

alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene trazando

una recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación inicial

igual a la convencional

Fluencia o cedencia . Es la deformación brusca de la probeta sin incremento

de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o

los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina

impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se

deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las

dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La deformación en

este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta pero

concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las

dislocaciones (bandas de Luders). No todos los materiales presentan este

fenómeno, en cuyo caso la transición entre la deformación elástica y plástica

del material no se aprecia de forma clara.

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

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Dislocaci%C3%B3n_%28defecto_cristalino%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Dislocaci%C3%B3n_%28defecto_cristalino%29

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

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





Deformaciones plásticas : si se retira la carga aplicada en dicha zona, la

probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada

permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas que

en la zona elástica.

Estricción . Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran

en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la

sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones

continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por ese zona. La

estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación;

realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se

representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la sección

inicial y cuando se produce la estricción la sección disminuye, efecto que no

se tiene en cuenta en la representación gráfica. Los materiales frágiles no

sufren estricción ni deformaciones plásticas significativas, rompiéndose la

probeta de forma brusca. Terminado el ensayo se determina la carga de

rotura, carga última o resistencia a la tracción: la máxima resistida por la

probeta dividida por su sección inicial, el alargamiento en (%) y la estricción

en la zona de la rotura.

Módulo de resilencia: definimos el módulo de resiliencia, o resiliencia

elástica de un material, a la energía absorbida por este durante la

deformación elástica, la cual puede recuperarse al descargar el material. Este

valor es la energía por unidad de volumen requerida para llevar el material

desde un esfuerzo nulo hasta el valor de esfuerzo de fluencia o limite elástico

s o.

Esfuerzo real: La carga aplicada dividida por el área actual de la sección

transversal a través de la cual opera la carga. Tiene en cuenta el cambio en la

sección transversal que ocurre con la carga que cambia.





Deformación real: Porcentaje instantáneo de cambio en la longitud de la

probeta en un ensayo mecánico. Es igual al logaritmo natural de la relación de

la longitud en cualquier instante con la longitud original.

Factor de seguridad : es la relación entre la resistencia de una pieza de una

estructura y la tensión que soportará. Por ejemplo, si la pieza es seis veces

más fuerte que la tensión máxima a la que va a estar sometida en todas las

situaciones computadas, el factor de seguridad es 6. En obras públicas se

suelen utilizar factores entre 1,5 y 8; sin embargo, en diseños experimentales

en los que es necesario reducir el peso, pueden utilizarse factores de

seguridad 1 para saber dónde hay que reforzar la estructura. Para establecer

el factor de seguridad necesario, los ingenieros evalúan de muchas maneras

la resistencia de los materiales, establecen tolerancias sobre defectos y

posibles variaciones de calidad y les aplican tensiones intermitentes y

anormales.





Diagrama de tensión - deformación típico de un acero de bajo límite de fluencia.

Otras características que pueden caracterizarse mediante el ensayo de tracción son

la resiliencia y la tenacidad, que son, respectivamente, las energías elásticas ytotales absorbidas y que vienen representadas por el área comprendida bajo la

curva tensión-deformación hasta el límite elástico en el primer caso y hasta la rotura

en el segundo.

En este grafico podemos observar como es el proceso de tracción pasando por su

punto de fluencia y llegando al punto de ruptura de una probeta.

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Resiliencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Tenacidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Tenacidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Resiliencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero





PROCEDIMIENTO

1.-El técnico colocó en la Maquina Amsler el resortede 3000Kg que era el más adecuado para la pruebapuesto que existían resortes de varias magnitudescomo de 1000Kg, 5000Kg,

2.-Después colocamos en la maquina el papelmilimetrado y el lapicero para que en cadamaterial al aplicare la determinada fuerza, ellapicero nos dibuje el diagrama respectivo.

3.-Luego se colocaban en la maquina mordazas con las cualesel metal se cogería mejor, si estas no se colocaban existía laposible de que el metal resbalara y alterara los datos obtenidosen el papel milimetrado, es más el material podría salir volandoy probablemente perjudicando a algún alumno.





4.-Antes de colocar las probetas en lamaquina medimos sus longitudes y diámetrosiniciales iniciales con la regla de vernier.

5.-Colocamos cada una de las probetas en lamáquina y esta le sometía una carga a los metalesque iba aumentando progresivamente hasta que elmetal pase de tener una deformación elástica a unadeformación plástica donde el metal alcanzaba sucarga máxima, hasta que el metal llegue a la carga deruptura para que después proceda a romperse.

6.-Por ultimo volvíamos a medir las longitudes decada probeta con la regla de vernier y analizábamoscuanto era la variación con respecto a la longitudinicial.





DATOS RECOGIDOS DEL LABORATORIO

En el experimento realizado del ensayo de tracción realizado en el Laboratorio Nº 4

en donde analizamos los siguientes materiales: acero dulce, acero corrugado,

aluminio, cobre, bronce; obtuvimos los siguientes datos de estos diferentes

materiales.

D. Inicial L.Inicial L.Final D. Final

aluminio 6.25 25.4 31.2 5.64

cobre 6.2 25.4 30.5 5.66

bronce 6.3 25.4 30.7 5.73

acero dulce 6.05 25.4 34.7 5.18

acero corrugado 6.15 25.4 31.6 5.51

A continuación se mostrará los gráficos obtenidos según la máquina de medición de

tracción “Amsler” donde se observa cómo es la variación de la elongación conforme

varíe la carga.





GRAFICAS OBTENIDAS EN EL L ABORA TORIO





CÁLCULOS Y RESULTADOS

aluminio 630 720 600cobre 1015 1020 700bronce 860 1250 1250

acero dulce 990 1340 1100acero corrugado 1530 2450 2061

0.04 0.1317 0.2280.0771 0.0771 0.201

0.04613 0.02636 0.2090.0305 0.2592 0.3660.0864 0.17791 0.244

23.47 23.47 19.5633.62 33.78 23.1927.59 40.10 40.1034.44 46.61 38.2651.50 82.47 69.38

0.034 12.2440.077 33.7840.040 23.8680.018 24.365

0.061 51.294

Resilencia Tenacidadaluminio 0.209 427.7129cobre 1.302 1771.1418bronce 0.472 2669.2165acero dulce 0.223 5303.5056

acero corrugado 1.564 23880.4364





OBSERVACIONES

La máquina cuenta con un reloj, la cual nos indica la carga que se le va

aplicando gradualmente a la probeta, además cuenta con dos manijas una

roja y una negra: la roja se detiene cuando la probeta utilizada se rompe

indicando la carga máxima mientras que la negra regresa a su posición

original.

La longitud de la probeta no se mide de extremo a extremo sino es la longitud

que tiene la parte desgastada.

Al observar las probetas luego de haberles aplicado las carga se ve que en elmaterial más dúctil se forma un cuello de garganta más notable

Se observa en la gráfica que el acero corrugado presenta mayor resistencia

mientras que el aluminio presenta una menor resistencia

Las deformaciones angulares son proporcionales al radio de la muestra,

siendo las mayores deformaciones en la fibra externa de la probeta.

Se observa que a mayor velocidad a la que se utiliza la maquina más difícil es

determinar el punto de fluencia.





RECOMENDACIONES

Se puede graduar la velocidad con el cual se aplica la carga, pero esrecomendable que la velocidad empleada no sea muy rápida ya que se puede

romper la probeta y los resultados obtenidos en el laboratorio no serían los

esperados. Como sucedió en el primer ensayo donde no se logró distinguir el

punto de máximo con el de ruptura

Es recomendable que el alumno sepa manipular el pie de rey ya que será

usado en el laboratorio

Se recomienda estar preparado para el momento justo de la determinación dela carga máxima ya que este se indica a través del puntero que se encuentra

en el indicador y por un lapso de tiempo.

Se recomienda que los materiales a ensayar no presenten deformación

alguna ya que esto afectaría en los calculo y produciría u porcentaje de error.





CONCLUSIONES

De las probetas empleadas se concluye que el acero corrugado soporta mayor

carga, mientras que el aluminio no soporta tanta carga.

Comprobamos experimentalmente que en el caso del bronce no existe la

formación del cuello ya que este material presenta propiedades distinta a de

los otros metales.

Concluimos que el material que presenta mayor módulo de Young es el acero

corrugado, mientras que el aluminio presenta menor módulo de Young

Se concluye que los materiales utilizados, en cierto intervalo, cumple con la

ley de Hooke: F=kx.

Concluimos que si analizamos únicamente la gráfica podremos saber cuál es

el material con mayor módulo de Young en función a la pendiente que esté

presente.





BIBLIOGRAFÍA

Askeland, D. (2004). Ciencia e Ingeniería de los Materiales 4ta. Ed. , Edit. Thompson,

Madrid, España.

Anderson, A. (1998). Ciencia de los Materiales 2da. Ed. , Edit. Limusa; México, México.

Smith, W. (1998). Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales 3ra. Edic. ,

Edit. Mc Graw-Hill, Madrid, España.

Páginas Web:

o www.cedex.es/materiales/ciencias.html

http://www.cedex.es/materiales/ciencias.html



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