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INFORME DE LABORATORIO DE CIENCIAS DE MATERIALES
Nombre: Aneyra Violeta Santos Pazmio
Curso y nmero de seccin: Ciencias de Materiales, Paralelo #107
Jueves 11:30-13:30
Nmero y ttulo de experimento: Experimento N2, Determinacin de la resistencia
mecnica a la traccin de los materiales.
Profesor: Grace Vera P.
Fecha de experimento: Junio 16, 2015
Fecha de presentacin: Junio 30, 2015
RESUMEN
Esta prctica consisti en analizar el comportamiento mecnico de los materiales as
como tambin determinar sus propiedades mecnicas utilizando las mquinas de
ensayos universales, que se encontraban en el Laboratorio de Ensayos Metrolgicos y
de Materiales (LEMAT), las cuales funcionan con un software llamado Trapezium
donde se indican las velocidades a las que se realizaron los ensayos y las longitudes
calibradas inicialmente de cada probeta utilizada para dar inicio a la prctica; con la
ayuda del software se obtuvieron las grficas del Esfuerzo () [N mm2 ] vs
Deformacin () [mm] con sus respectivas unidades para cada ensayo.
En este experimento se realizaron dos ensayos a temperatura ambiente (25C)
usando una fuerza de traccin para cada uno, el primero se ejecut con una varilla de
acero corrugado inicialmente calibrada a 200mm, mientras que para el segundo se
utilizaron dos probetas de poliestireno de alto impacto (HIPS) de 50mm de longitud
inicial a diferentes velocidades.
Para el primer ensayo se utiliz la mquina de ensayo universal 600KN a una
velocidad de 8.5 MP s y se procedi a trabajar segn la norma INEN 109, en el cual la
varilla de acero corrugado fue sometida a fuerzas en cada extremo hasta romperse,
llegando a una longitud final de 240mm al juntar los dos pedazos rotos. En tanto que
para el segundo ensayo se utiliz la mquina de ensayo universal 10KN trabajando
segn la norma ASTM D638. A la primera probeta se la ensay a una velocidad de
50 mm min y a la segunda a una velocidad de 500mm
min ; sometidas, al igual que en
el primer ensayo, por fuerzas en sus extremos hasta su ruptura.
Los resultados de las grficas obtenidas mostraron el comportamiento que se
esperaba para cada material utilizado; para el metal se esperaba un comportamiento
lineal hasta su punto de plasticidad, en tanto que para el poliestireno se esperaba una
curva hasta su punto de rotura.
Adems, analizando las grficas obtenidas en el segundo ensayo, se comprob que si
se aumenta la velocidad con la que es ensayada la probeta sta va a romperse ms
rpido y va a tener una elongacin menor a la de la probeta ensayada a menor
velocidad, debido a que los tomos no tienen el tiempo suficiente para volver a su
estado de equilibrio nuevamente.
ENFOQUE EXPERIMENTAL
Primero se ensay la varilla de acero corrugado a una velocidad de 8.5 MP s en la
Mquina de Ensayo Universal de 600KN (Figura 1, Tabla 1) calibrada segn la norma
INEN 109, para esto se calibr inicialmente la varilla con una longitud de 200 mm
como se muestra en la Figura 2. Despus de un tiempo considerable se observ el
punto donde su rea se reduca antes de romperse, y al romperse la probeta se
produjo un sonido muy fuerte quedando caliente donde se produjo la rotura. Al final del
ensayo se juntaron los trozos de la varilla y se midi la longitud final a la que lleg con
el ensayo siendo esta de 240mm.
Figura 1: Mquina de Ensayo Universal .
Tabla 1: Datos Mquina de Ensayo Universal 600 KN.
EQUIPO Mquina de Ensayo Universal 600 KN
MODELO UH-600KNI
SERIE 10313751
CDIGO EM-009-00
MARCA Shimadzu
Figura 2: Calibracin de longitud inicial del material para el Ensayo #1.
Para el segundo ensayo, inicialmente se utiliz una de las probetas de poliestireno de
alto impacto de 50mm en la Mquina de Ensayo Universal 10KN (Figura 3, Tabla 2)
calibrada segn la norma ASTM D638. La probeta fue estirada lentamente, a una
velocidad de 50 mm min , dejando apreciar el gran estiramiento que tuvo antes de
romperse.
Finalmente se utiliz la segunda probeta de HIPS a una velocidad mucho mayor que la
primera (500 mm min ) en la misma mquina de ensayo universal; la cual tard menos
tiempo en romperse y su estiramiento fue menor al de la primera probeta.
Figura 3: Mquina de Ensayo Universal .
Tabla 2: Datos Mquina de Ensayo Universal .
EQUIPO Mquina de Ensayo Universal 10KN
MODELO AG-IS 10 KN
SERIE 346-51961-01
CDIGO EM-010-00
MARCA Shimadzu
Para cada una de las muestras se registr una grfica vs distinta ya que los
materiales no se comportan de la misma manera ante un estmulo externo, en este
caso el esfuerzo mecnico.
ANLISIS DE RESULTADOS
Al ensayar la varilla de acero corrugado se obtuvo la grfica de la Figura 4. Analizando
esta grfica se puede ver que alcanza su punto mximo en (48,510) siendo, de esta
manera, su esfuerzo mximo de 510 N mm2 . Adems se puede notar que su esfuerzo
de proporcionalidad fue de 150 N mm2 , tambin present un esfuerzo de fluencia
inferior de 350 N mm2 y un esfuerzo de fluencia superior de 359N
mm2 , as como
tambin un esfuerzo de ruptura de 390 N mm2 . La regin elstica para este ensayo se
dio entre 0 mm y 9 mm, mientras que su zona plstica se dio de 9 mm a 58.5 mm, punto
donde se dio la ruptura del material.
En el momento en que se dio la ruptura del material ensayado, ste produjo un sonido
muy fuerte semejante al de un estallido; tambin se pudo percibir una temperatura
muy elevada en la zona donde se rompi la varilla. Esto se debi a que hubo un
aumento de energa en la regin donde se rompi y una parte se transform en calor
mientras que la otra se transform en sonido.
Figura 4: Grfica de la varilla de acero corrugado.
El ensayo de la probeta de poliestireno de alto impacto a una velocidad de
500 mm min present la curva en color verde, mientras que el ensayo a una velocidad
menor (50 mm min ) present la curva en color morado; tal y como se muestra en la
Figura 5. Los valores de los esfuerzos y las deformaciones obtenidos a partir de stas
son aproximaciones debido a la escala del grfico.
Con la ayuda estas grficas se pudo observar que el ensayo a mayor velocidad tuvo
su punto mximo en (2.9,20), siendo 20 N mm2 el esfuerzo de fluencia alcanzado para
esta probeta; en tanto que para el ensayo a menor velocidad se observ su punto
mximo ms abajo, en el punto (1.5,17), siendo 17 N mm2 su esfuerzo de fluencia. Los
esfuerzo de ruptura tanto para la curva en verde como para la curva en morado fueron
de aproximadamente 19 N mm2 y 18N
mm2 respectivamente.
Ambas curvas presentan una zona elstica donde su comportamiento es lineal y
donde el material puede regresar a su forma original; as como tambin una zona
plstica donde la curva se vuelve no lineal y el material no puede regresar a su forma
original. La zona elstica de la curva en verde se presenta de 0 mm a 2.9 mm, adems
su zona plstica se encuentra entre 2.9 mm y 46 mm; mientras que la curva morada
tiene su zona elstica entre 0 mm y 1.5mm y su zona plstica entre 1.5 mm y 54 mm.
Observndose de esta manera que el material que se ensay a menor velocidad tuvo
una mayor deformacin y demor ms tiempo en romperse que el que se ensay a
mayor velocidad.
Este comportamiento se debe al tiempo que se necesita para que los tomos regresen
a su posicin de equilibrio despus de ser separados; ya que en la curva verde
tuvieron ms tiempo este material pudo soportar una fuerza mayor al del material de la
curva morada.
Figura 5: Grficas de las probetas de poliestireno.
CONCLUSIONES
A travs del ensayo de traccin y utilizando las mquinas de ensayos universales se
logr determinar experimentalmente el esfuerzo mximo y el esfuerzo de ruptura los
materiales ensayados, siendo stos 20 N mm2 y 390N
mm2 respectivamente para la
varilla de acero corrugado; para las probetas de poliestireno de alto impacto se obtuvo
un esfuerzo de fluencia de 20 N mm2 y un esfuerzo de ruptura de 19N
mm2 para el
ensayo a 500 mm min , mientras que para el ensayo a 50 mm
min se obtuvo un
esfuerzo de fluencia de 17 N mm2 y un esfuerzo de ruptura de 18N
mm2 .
Comparando las grficas vs para las probetas de poliestireno de alto impacto
utilizadas se pudo comprobar que mientras mayor es la velocidad con la que se estira
la probeta menor va a ser su elongacin y el tiempo en que ocurre su ruptura, esto se
debe al tiempo de relajacin molecular donde las molculas no tienen mucho tiempo
para reubicarse por lo que se rompe ms rpido.
Al finalizar los ensayos se pudo observar que fue ms fcil medir la longitud final de la
varilla de acero corrugado debido a que su estriccin no se expandi a medida que
aumentaba el esfuerzo rompindose aproximadamente en el centro de la varilla.
BIBLIOGRAFA
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espino.com/~tecnologia/tecnoII/1materiales/ENSAYO%20DE%20TRACCI%D3N.pdf
ADJUNTOS
Ejercicio post-laboratorio:
a) Se desea fabricar una cinta mtrica que deber soportar una fuerza de
50N para procesos de medicin y calibracin. Cul de los materiales
ensayados Ud. seleccionara para fabricar dicha cinta?, y por qu?
Yo escogera el material con la curva color rojo debido a que este material a 50N tiene
una menor deformacin que el material con curva color negra lo que no generara
tanta incertidumbre al momento de tomar medidas y stas seran ms precisas. La
curva de color azul representa un caucho y al momento de estirarlo no regresara a su
posicin inicial dando una incertidumbre mayor con cada medicin.
Cuestionario
1. Vara el mdulo tensil?
El mdulo de elasticidad vara dependiendo de la temperatura, la direccin
cristalogrfica y el tratamiento trmico del material ensayado.
El mdulo tensil decrece al incrementarse la temperatura.
Los mdulos elsticos no son isotrpicos dentro de los materiales debido a la
relacin entre el mdulo elstico y la energa de enlace.
El mdulo elstico vara, en menor medida, con el tratamiento trmico aplicado
en porcentajes que oscilan entre un 1 a 6% respecto de los valores originales.
(Roco Hermida) (Fonseca, 2002)
2. Vara o no el esfuerzo mximo y por qu?
El comportamiento mecnico de los polmeros vara dependiendo de algunos factores
estructurales como:
Influencia del peso molecular
Influencia de la cristalinidad
Efecto de los plastificantes
Efecto de la copolimerizacin y de las mezclas
Efecto de la orientacin
(Benavente, 2011)
Para los materiales metlicos el comportamiento depende de factores como:
Naturaleza del material
Presencia de impurezas
Estado de tratamiento trmico
(UVa)
3. Vara la tenacidad y por qu?
La tenacidad es una medida de la cantidad de energa por unidad de volumen que un
material puede absorber antes de fracturarse (Nez, Roca, & Jorba, 2011), es decir,
la resistencia que tiene un material a la fractura; puede calcularse a travs del rea
bajo la curva de un grfico de tensin-deformacin de un material, por lo que vara de
un material a otro.
(Gonzlez, 2012)
4. Dnde ocurre la estriccin? Cul es la diferencia con la estriccin que
ocurre en un metal?
Se conoce como perodo de estriccin al que se inicia cuando, una vez que se supera
el lmite de fluencia, se produce una reduccin gradual de la seccin en la zona donde
ocurrir la rotura, una deformacin permanente, hasta que se produce definitivamente
el fallo. La estriccin es la responsable del tramo de bajada en la curva tensin-
deformacin, y hace que se llegue a la rotura cuando la carga es inferior a la carga
mxima aplicada, diferencia que se acrecienta con la tenacidad del material.
(Rodrguez Galbarro, 2015)
Ocurre en la mitad de los materiales cristalinos, aunque depende de la composicin y
los tratamientos del material a ensayar. En un metal sta no se expande a medida que
aumenta el esfuerzo, se queda en un mismo punto y luego se rompe al llegar el
esfuerzo mximo.
(Universidad de Oviedo, 2014)
5. Por qu una parte de la probeta tiene una seccin reducida?
Las probetas para los ensayos de traccin pueden ser: industriales o calibradas. Las
calibradas se emplean en experiencias ms rigurosas y adoptan formas perfectamente
cilndricas o prismticas, con extremos ensanchados, no solo para facilitar su sujecin
en la mquina de ensayo, sino para asegurar la rotura dentro del largo calibrado de
menor seccin; en el cual se marcan los puntos fijos de referencia a una distancia
inicial preestablecida que permitir, despus dela fractura, juntando los trozos,
determinar la longitud final entre ellos.
(v-espino)