Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera MecnicaAo de la Promocin de la Industria Responsable y del Compromiso Climtico

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICAEspecialidad de Ing. Mecnica Elctrica

INFORME N 02: ENSAYO DE TRACCIONDATOS: INTEGRANTES:CODIGOFIRMA Snchez Osorio, Isael Joel20142108K______ Reyes Intuscca, Edson Franco20142103I______ PaucarChariarse, Abelardo Jos20140201C______SECCIN:DPROFESOR: ZAMORA RAMOS, LucianoCURSO: Ciencia de los Materiales (MC114)FECHA DE REALIZACIN:30/09/14 FECHA DE ENTREGA:14/10/14

2014-IILIMA PERndice

1. Objetivos 32. Fundamento Terico4-11

3. Equipos e instrumentos utilizados12

4. Procedimiento13-145. Clculos realizados14-15

6. Cuestionario16-22

7. Conclusiones23

8. Recomendaciones 24

9. Bibliografa25

Objetivos

Hallar las principales propiedades mecnicas tales como: mdulo de elasticidad, resistencia mxima a la tensin, porcentaje de elongacin a la fractura y el porcentaje de reduccin en el rea de fractura. Determinar la resistencia de los materiales ante una fuerza aplicada lentamente y obtener la curva de fuerza alargamiento utilizando la mquina de Amsler. Entender el significado de los resultados y comprender el comportamiento de los materiales en la prueba de traccin. Afianzar valores tpicos de la resistencia en algunos materiales sometidos a esta prueba. Interpretar correctamente los datos obtenidos en el diagrama de esfuerzo - deformacin.

FUNDAMENTO TERICO

El ensayo de traccin en ingeniera es ampliamente utilizado, pues suministra informacin sobre la resistencia de los materiales utilizados en el diseo y tambin para verificacin de especificaciones de aceptacin. Todos los materiales metlicos tienen una combinacin de comportamiento elstico y plstico en mayor o menor proporcin.

1.1 Elasticidad

Es la propiedad de un material en virtud de la cual las deformaciones causadas por la aplicacin de una fuerza desaparecen cuando cesa la accin de la fuerza. "Un cuerpo completamente elstico se concibe como uno de los que recobra completamente su forma y dimensiones originales al retirarse la carga". ej: caso de un resorte o hule al cual le aplicamos una fuerza.

1.2 Plasticidad

Es aquella propiedad que permite al material soportar una deformacin permanente sin fracturarse. Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el sentido de aplicacin de la fuerza. En el caso del ensayo de traccin, la fuerza se aplica en direccin del eje de ella y por eso se denomina axial, la probeta se alargara en direccin de su longitud y se encoger en el sentido o plano perpendicular. Aunque el esfuerzo y la deformacin ocurren simultneamente en el ensayo, los dos conceptos son completamente distintos. Un cuerpo se encuentra sometido a traccin simple cuando sobre sus secciones transversales se le aplican cargas normales uniformemente repartidas y de modo de tender a producir su alargamiento.

Por las condiciones de ensayo, el de traccin esttica es el que mejor determina las propiedades mecnicas de los metales, o sea aquella que definen sus caractersticas de resistencia y deformabilidad. Permite obtener, bajo un estado simple de tensin, el lmite de elasticidad o el que lo remplace prcticamente, 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 puede conocer, el comportamiento del material sometidos 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 esta en relacin con las deformaciones que produce. Estos grficos, permiten deducir sus puntos y zonas caractersticas revisten gran importancia, dicho grfico se obtiene directamente de la mquina.

a. Periodo elstico

Se observa en el diagrama que el comienzo, desde el punto O hasta el A, est representado por una recta que nos pone de manifiesto la proporcionalidad entre los alargamientos y las cargas que lo producen (Ley de Hooke). Dentro de este periodo y proporcionalmente hasta el punto A, los aceros presentan la particularidad de que la barra retoma su longitud inicial al cesar la aplicacin de la carga, por lo que recibe indistintamente el nombre de periodo de proporcionalidad o elstico.

Figura 1. Curva de traccin

b. Zona de alargamiento seudoelstico

Para el limite proporcional se presentan un pequeo tramo ligeramente curvo AB, que puede confundirse prcticamente con la recta inicial, en el que los alargamientos elsticos se les suma una muy pequea deformacin que presenta registro no lineal en el diagrama de ensayo. La deformacin experimentada desde el lmite proporcional al B no solo alcanza a valores muy largos, si no que fundamentalmente es recuperable en el tiempo, por lo que a este punto del diagrama se lo denomina limite elstico oaparente o superior de fluencia.

c. Zona de fluencia o escurrimiento

El punto B marca el inicio de oscilaciones o pequeos avances y retrocesos de la carga con relativa importante de formacin permanente del material. Las oscilaciones en este periodo denotan que la fluencia no se produce simultnea mente en todo el material, por lo que las cargas se incrementan en forma alternada, fenmeno que se repite hasta el escurrimiento es total y nos permite distinguir los lmites superiores de fluencia. El lmite elstico aparente puede alcanzar valores del 10 al 15 % mayor que el lmite final de fluencia.

d. Zona de alargamiento homogneo en toda la probeta.

Ms all del punto final de fluencia C, las cargas vuelven a incrementarse y los alargamientos se hacen ms notables, es decir que ingresa en el perodo de las grandes deformaciones, las que son uniformes en todas las probetas hasta llegar a D, por disminuir, en igual valor en toda la longitud del material, la dimensin lineal transversal. El final de perodo de alargamiento homogneo queda determinado por la carga mxima, a partir de la cual la deformacin se localiza en una determinada zona de la probeta, provocando un estrechamiento de las secciones que la llevan a la rotura, al perodo DE se lo denomina de estriccin. En la zona plstica se produce, por efecto de la deformacin, un proceso de endurecimiento, conocido con el nombre de acritud , que hace que al alcanzar el esfuerzo la resistencia del metal, ste al deformarse adquiere ms capacidad de carga, lo que se manifiesta en el grfico hasta el punto D.

e. Zona de estriccin

En el perodo de estriccin, la acritud, si bien subsiste, no puede compensar la rpida disminucin de algunas secciones transversales, producindose un descenso de la carga hasta la fractura.

1.3 Ensayo de traccin Se utiliza para obtener la resistencia mecnica y la ductilidad de los materiales, este ensayo consiste en aplicar una fuerza, a una probeta, de manera creciente (generalmente hasta la rotura) y en direccin axial, con el objeto de determinar distintos tipos de propiedades mecnicas, como:

Mdulo de elasticidad. Lmite elstico. Resistencia mxima a la tensin. Porcentaje de elongacin a la fractura. Porcentaje de reduccin en el rea de la fractura.

1.4 Mdulo de Elasticidad:

En la primera parte del ensayo, el metal se deforma elsticamente, es decir, si se eliminara la carga el metal volvera a su longitud inicial. Esta deformacin mxima, por lo general, es menor a un 0.5%. Usualmente los metales y las aleaciones muestran una relacin lineal entre la tensin y la deformacin en la regin elstica, el diagrama tensin-deformacin se describe mediante la ley de Hooke.

E= (unidades MPa)

E: Modulo de elasticidad o mdulo de Young

a.Lmite elstico

Nos indica la tensin en la cual el material sufre una deformacin plstica. Debido que en el diagrama no se muestra cuando el material cambia de deformacin elstica a deformacin plstica, se elige el limite elstico cuando se produce un 0.2% de deformacin plstica. (Lmite de fluencia)

b. Resistencia mxima a la tensin:

Es la tensin mxima alcanzada en la curva de tensin-deformacin, se determina dibujando una lnea horizontal desde el punto mximo de la curva tensin-deformacin hasta el eje de tensiones. El valor de tensin que es interceptado se denomina resistencia mxima a la tensin.

c. Porcentaje de elongacin

Comnmente se expresa la ductilidad de los metales como porcentaje de elongacin y se calcula con la siguiente formula.

% elongacin 100%

d. Porcentaje de reduccin en el rea de la fractura

La Ductilidad tambin se expresa con en porcentaje de reduccin de rea.

rea de fractura 100%

Equipos e instrumentos utilizadosNombre de la Mquina: Maquina Universal Amsler

Fabricado por: Alfred J, Amsler y Cia; Shaffhausen/Suiza

Tipo de Mquina: Mquina de Ensayo de Traccin de funcionamiento Hidrulico Mecnico calibrado de 5 Toneladas, con finalidades diversas (Por su mismo nombre nos dice Universal) tales como ensayos de corte, y la capacidad de poder tratar con materiales con la forma de probetas planas, cuchillas entre otros.

Rango de Medicin: La escala de carga aplicada va de 500Kg hasta 5000Kg, entre cada intervalo de 100 kilogramos hay 10 subdivisiones ms, para que la precisin sea mayor.

Figura 7: Parte de la Mquina UniversalAmsler

PROCEDIMIENTO

En la prueba de traccin iniciamos la prueba primeramente: Colocando en la Maquina Amsler el resorte de 3000Kg que era el ms adecuado para la prueba. Despus era necesario colocar en la mquina un papel milimetrado, con el cual no ser presentara la carga y la elongacin mediante la lnea que dejaba el lapicero conforme iba girando el tambor donde estaba colocado el papel milimetrado. Luego se colocaban en la maquina mordazas con las cuales el metal se cogera mejor, si estas no se colocaban exista la posible de que el metal resbalara y alterara los datos obtenidos en el papel milimetrado. Primero medimos los dimetros iniciales de todos los metales con los cuales calcularamos el rea inicial de cada uno de los metales, luego medimos su longitud inicial para que despus del experimento podamos saber cul era la deformacin que sufrieron los metales. Colocamos cada uno de los metales en la mquina y esta someta a los metales a una carga que iba aumentando de manera progresiva hasta que el metal pasaba detener una deformacin elstica a una deformacin Plstica que era donde el metal alcanzaba la carga mxima a la cual poda estar sometida el Metal porque despus de esta la carga iba descendiendo hasta el momento en que el Metal llegaba a la carga de Ruptura y el metal se divida en dos.

La mquina estaba diseada para transformar la carga a la que estaba sometida el metal en un desplazamiento vertical, y la deformacin del metal en un desplazamiento horizontal en el papel milimetrado, con el cual usando una proporcin sabramos cuanto representaba un milmetro de la hoja de la grfica en relacin a la carga y la deformacin que sufri el metal.

Clculos realizadosa. Toma de datos ALUMINIO COBRE BRONCE SAE 1020 SAE 1040

Longitud inicial (mm) 25.0324.626.1324.1826.96

Inicial (mm) 6.025.986.376.266.09

Fluencia (kg) 630102090010501400

C. mxima (kg) 7201040160015002300

C. ruptura (kg) 540630156011102070

Longitud final (mm) 32.130.1330.3932.6432

Final (mm) 4.173.355.753.464.92

rea inicial (mm) 28.46328.08631.86930.77829.129

L (mm) 7.075.534.268.465.04

b.- Clculos Deformacin:

Esfuerzo:

Mdulo de elasticidad:

Resilencia:

Estriccin:

MATERIAL (kg/mm)E (kg/mm)ResilenciaEstriccin

Aluminio0.28325.295989.38483.572652.0184

Cobre0.22537.0288164.57244.081968.6178

Bronce0.16350.2055308.00924.092518.5195

Acero bajo carbono0.3549.5486141.56748.525869.4522

Acero medio carbono0.18778.9593422.2422211.184334.7331

RESULTADOS

1.- AluminioAluminio

xY

11.8

0.70.6

1.32.3

1.72.4

22.3

2.32.1

2.61.8

2,. CobreCobre

Xy

0.51.5

0.72.9

0.93.5

1.13.2

1.32.7

1.52.3

1.72

0.30.5

3.- Broncebronce

xy

0.50.7

0.62

0.83.3

14.1

1.54.6

2.25

2.75.2

3.55.3

3.25.25

1.94.75

4.- Acero bajo carbonoAcero bajo carbono

xY

0.61.9

0.83.5

13.7

1.34.3

1.64.7

2.14.9

2.65

3.14.9

3.64.8

4.14.3

4.43.7

0.550.8

1.84.75

5.- Acero medio carbonoacero medio carbono

xy

0.53.8

0.74.7

0.31.4

0.95.7

1.26.7

1.57.2

1.97.5

2.36.9

2.17.4

CUESTIONARIO

1. Explique en el ensayo de traccin para que tipo de esfuerzos o cargas aplicadas es recomendable para tomarlo como referencia para el diseo en un componente o pieza.Se es recomendable utilizar como referencia el punto de fluencia mnimo para que no exista deformacin en el material y as no perjudique a la pieza, tambin, se debe conocer la carga mxima y la carga para el punto de ruptura.

2. Para la curva de traccin que se va a obtener calcule la resilencia vs la tenacidad.MaterialResilenciaTenacidad

Aluminio3.57266.712

Cobre 4.08198.2914

Bronce4.09256.3933

SAE 10208.525814.4989

SAE 1040211.184311.7641

3. Explique porque a partir del esfuerzo de fluencia aumenta el esfuerzo hasta el punto de carga mxima.

Lo que sucede en realidad es que el material contina endurecindose por deformacin hasta producirse la fractura, de modo que la tensin requerida debera aumentar para producir mayor deformacin; a este efecto se opone la disminucin gradual del rea de la seccin transversal de la probeta mientras se produce el alargamiento. La estriccin comienza al alcanzarse la carga mxima.

4. Explique porque a partir el punto de carga mxima el esfuerzo va a disminuir.Porque a partir de ese punto es cuando el rea transversal empieza a disminuir y es por eso que empieza a bajar la carga hasta llegar al punto de ruptura.

5. Explique porque a nivel atmico porque cualquier material recupera sus propiedades. Porque al darse la fractura, o aplicarse cualquier ensayo a nivel macro se ve que puede cambiar la forma del material, pero a nivel atmico no cambia ya que los tomos no se modifican solo se disminuye el tamao de la pieza, pero las propiedades se mantienen constantes.6. Grafique el lmite de fluencia de metales como el cobre y aluminio as como el esfuerzo vs la deformacin unitaria.

Cobre

Aluminio

CONCLUSIONES

Determinamos experimentalmente las propiedades mecnicas de los materiales elasticidad, fluencia y rotura acompaaos de los clculos respectivos.

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

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.

Realizar las pruebas de traccin con equipo adecuado, en este caso con guantes y orejeras con la finalidad de aumentar la comodidad del operador a la hora de cambiar la probeta as como tambin en el retiro y la ruptura de las mismas.

Implementacin de nuevos equipos de medicin digital cuya precisin sea casi perfecta, de este modo podramos tener una mayor proximidad en la comparacin de los resultados tericos y experimentales.

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 salgan disparadas cayendo al suelo, lo cual da una sensacin de deficiencia en la mecnica de la mquina.

Al final del experimento el operador debera tener facilidad para medir el dimetro de ruptura en la probeta, asi como tambin la longitud final de la misma para lo cual se podra tener en cuenta un pegamento de secado instantneo el cual nos permitira volver a tener una sola pieza de la cual extraemos todas las medidas necesarias con el trabajo de un solo operador; en el ensayo era necesario dos personas una delas cuales se encargaba de la unin de las piezas y la otra de las correspondientes mediciones.

BIBLIOGRAFA

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

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

Smith, W. (1998). Fundamentos de la Ciencia e Ingeniera de Materiales 3ra. Edic., Edit. Mc Graw-Hill, Madrid, Espaa.

LABORATORIO N 01Pgina 25