1. INTRODUCCION

El estudio de los materiales es importante para el libre desarrollo de las actividades del ser humano, importante para la mayoria de las ramas de conocimiento. Conocer las propiedades de estos nos ayuda a aprovecharlas y adaptarlas lo mejor posible a nuestras necesidades, a un mayor rendimiento, mas calidad y mejor utilizacion de recursos. Materiales como el bronce y el aluminio son muy importantes y frecuentes en nuestro estilo de vida, necesarios y escasos, muestran que a pesar de todo fallan y no son eternos; es importante conocer estos datos para evitar errores o tragedias por falla de los mismos.

2. GENERALIDADES DE LOS MATERIALES DUCTILES

“La ductilidad, es la propiedad que presentan algunos metales y aleaciones cuando bajo la acción de una fuerza pueden estirarse sin romperse para obtener alambres o hilos” [ 1]. En otras palabras es cuando un metal, al aplicarsele una carga, se deforma, al principio elasticamente y luego plasticamente. Cuando se deforma elasticamente no sufre deformaciones, despues de que se dan los deslizamientos se deforma permanentemente con una carga mucho menor [ 2]. Es lo contrario a la fragilidad.

Los diagramas de esfuerzo-deformacion de materiales ductiles son tipicos. Se puede observar la deformacion elastica y luego la deformacion plastica.

Figura 1.1 Diagramas esfuerzo deformacion

Observamos que, en un momento dado, los esfuerzos disminuyen y producen una mayor deformacion; esto se debe a que se da un “encuellamiento” o reduccion de area en cierto punto de la probeta. Tambien conocido como zona de estriccion [ 3].

Figura 1.2 Zona de estriccion

“La ductilidad de un metal se valora de forma indirecta a traves de la resiliencia” [ 4].

3. CARACTERISTICAS DEL BRONCE Y EL ALUMINIO

3.1 El bronce

Fue la primera aleacion fabricada voluntariamente por el ser humano. Esta aleacion consiste en una base de cobre aleada con estaño, aunque tambien se añaden otros metales [ 5].

Figura 3.1 Bronce

Es uno de los mas duros, de textura lisa y color marron. No es tan brillante y se obtiene por fundicion [ 6].

Esta compuesto basicamente por cobre y estaño. Tambien se le añade zinc, antimonio, plomo, aluminio, niquel, hierro, manganeso, silicio, fosforo, entre otros [ 7].

Tiene una densidad de 8.70-8.88 g/cc a temperatura ambiente [ 8].

Se usa para la fabricacion de baterias electricas, de monedas, de engranajes, de cojinetes, de campanas, de telas metalicas, de enrejados para filtros y tamices, de tubos y de llaves. Tambien en el arte [ 9].

3.2 El aluminioEs un material muy abundante en la corteza terrestre, llegando a conformar un 7.85% de esta. Es muy ligero, tenaz, ductil y maleable. Tiene textura lisa. Se obtiene por electrolisis de una mezcla de criolita y bauxita fundidas en un horno electrico. Tiene una densidadde 2.3-2.7 g/cc a temperatura Figura 3.2 Aluminio

ambiente [10].

Se usa en el transporte para la industrial aeroespacial y para la fabricacion de automoviles. Tambien se usa para envase y embalaje, para la construccion y para la elaboracion de materiales electricos. Es indefinidamente reciclable sin perdida de calidad [ 11].

4. PROBETAS

Se utilizaron: para el ensayo de bronce 2 probetas, una con 80% Cu y 20% Sn, y otra con 95%Cu y 5%Sn; para el ensayo de aluminio se uso una sola probeta.

4.1 Probeta para el bronceLas dimensiones para las probetas fueron:

Figura 4.1 Dimensiones de la probeta

G - longitud calibrada: 50.0 ± 0.2 [mm]W - ancho: 12.5 ± 2.0 [mm]T - espesor: 1.5 ± [mm]R - radio del filete, min.: 12.5 [mm]L - longitud total, min.: 200 [mm]A - longitud de la sección reducida, min.: 57 [mm]B - longitud de la sección de agarre, min.: 50 [mm]C - ancho de la sección de agarre, aprox.: 20 [mm]

Figura 4.2 Probetas bronce frontal

Figura 4.3 Probetas bronce lateral

4.2 Probeta para el aluminioLas dimensiones de la probeta fueron: un cilindro recto de 300 mm de longitud y 22.2 mm de diametro.

Figura 4.4 Probeta aluminio frontal

Figura 4.5 Probeta aluminio ancho

5. NORMA

Para el ensayo de bronce y aluminio se uso la norma ASTM E8/E8M-09.

6. DESCRIPCION DEL EQUIPO

El ensayo fue realizado en el edificio de “Caracterizacion de materiales” de la universidad industrial de santander. La maquina utilizada fue una MTS 810 Material Test System. Esta sirve para hacer multiples ensayos: tension, compresion, fatiga, fractura mecanica y durabilidad de los materiales. Posee un sistema variado de cargas controladas y diferentes grados de flujo en el servo-valvula. Tiene una capacidad desde 25kN hasta 500 kN.

Figura 6.1 Maquina MTS 810

7. DESCRIPCION DEL PROCEDIMEINTO

Se fabrican las probetas según la descripcion de la norma. Se realiza el ensayo: se instalan en la maquina, se determina la velocidad de aplicación de la carga y se inicia el ensayo. Todo el procedimiento es controlado por una computadora que tiene un software instalado, el cual, ademas, mide los datos de carga y alargamiento, y, al final, los arroja en una tabla de excel y los grafica. Con los datos obtenido se hace el respectivo analisis.

Figura 7.1 Adecuacion de la probeta en la maquina

8. DATOS OBTENIDOS DURANTE LA

PRACTICA

Los datos obtenidos durante la practica son: la carga aplicada y el alargamiento producido.

8.1 Para el bronceTabla 8.1 Carga/desplazamiento en bronce

Grafica 8.1 Carga/desplazamiento en bronce

Longitug inicial: 85 mmArea inicial: 18 mm²

0 5 10 15 20 25 30

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Desplazamiento mm

Ca

rga

-fu

erz

a k

N

Velocidad de aplicacion la carga: 0.35 kN a 3 mm/s

8.2 Para el aluminio

Tabla 8.2 Carga/desplazamiento en aluminio

Grafica 8.2 Carga/desplazamiento en aluminio

Longitug inicial: 300 mmArea inicial: 387 mm²Velocidad de aplicacion la carga: 50 ton a 1.7 mm/s

9. ANALISIS DE RESULTADOS

9.1 Para el bronceTabla 9.1 Esfuerzo/deformacion en bronce

Grafica 9.1 Esfuerzo/deformacion en bronce

Longitud final: 85.3986 mmModulo de young: 53.198 MpaEsfuerzo maximo: 0.434 Mpa

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

Deformacion mm

Esf

ue

rzo

MP

a

0 5 10 15 20 25

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Desplazamiento mm

Ca

rga

-fu

erz

a k

N

Esfuerzo en la ruptura: 0.3986 Mpa% de elongacion: 28.38 %

Grafica 9.2 Sy para la grafica esfuerzo/deformacion en bronce

Grafica 9.3 Corte para hallar el Sy en bronce

Esfuerzo en el Sy: 0.1329 MPa

Deformacion en el Sy: 0.0019 mm/mm

Modulo de resistencia: 0.00012 MPa

9.2 Para el aluminio

Tabla 9.2 Esfuerzo/deformacion en aluminio

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

Deformacion mm/mm

Esf

ue

rzo

MP

a

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

Grafica 9.4 Esfuerzo/deformacion en aluminio

Longitud final: 324 mmArea final: 211 mm²

Modulo de young: 461.3 MpaEsfuerzo maximo: 4.727 MpaEsfuerzo en la ruptura: 3.74 Mpa

% de elongacion: 8 %% de reduccion de area: 45.48 %

Grafica 9.5 Sy para la grafica esfuerzo/deformacion en aluminio

Grafica 9.6 Corte para hallar el Sy en aluminio

Esfuerzo en el Sy: 3.17 MPa

Deformacion en el Sy: 0.0065 mm/mm

Modulo de resistencia: 0.0103 Mpa11. APARIENCIA DE LAS PROBETAS

DESPUES DE LA FRACTURA

11.1 Para el bronce

Figura 11.1 Probeta de bronce despues de la fractura

11.2 Para el aluminio

00.02

0.040.06

0.080.1

0.120.14

0.160.18

0.2

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Deformacion mm/mm

Esf

ue

rzo

MP

a

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Deformacion mm

Esf

ue

rzo

MP

a

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

Deformacion mm

Esf

ue

rzo

MP

a

Figura 11.2 Probeta de aluminio despues de laa fractura

10. COMPARACION DE RESULTADOS

11. DISCUCION DE RESULTADOS

Se observa que el modulo de elasticidad del aluminio es mucho menor que el del bronce, lo cual indica que el bronce es mucho mas ductil que el aluminio. Tambien el area de la probeta influye en la cantidad de carga que puede soportar esta, por lo tanto los esfuerzos en el ensayo del bronce son mucho menores que en el del aluminio.El porcentaje de elongacion del bronce debe ser menor a 65% y su resistencia a la tracción debe estar entre los 5,4 y 10,8 KN [12]. Según lo obtenido en la practica, el porcentaje de elongacion fue de 28,38% y su resistencia de 7.92 kN, datos que se encuentran dentro de los establecidos.

12. REFERENCIAS

12.1 Referencias de libros

[3] ASKELAND, Donald R. Ciencia de los materiales, tercera edicion; International Thomson Editores, pp 134-135.

12.2 Referencias en Internet

[1] Ductilidad. Disponible en: http://enciclopedia.us.es/index.php/Ductilidad [citado el 26

de febrero del 2011].[2] Diagrama esfuerzo-deformacion. Disponible en:

http://www.angelfire.com/pro2/resmat/U02/ 01diagramaesfuerzo/diaesf.htm [Citado el 26 de febrero del 2011].

[4] Ductilidad. Disponible en: http://enciclopedia.us.es/index.php/Ductilidad [citado el 26 de febrero del 2011].

[5] Aleacion cobre-estaño (Cu + Sn): Bronce. Disponible en: https://www.codelcoeduca.cl /cobre/ aleaciones/t-bronce.html [Citado el 26 de febrero del 2011].

[6] Bronce. Disponible en: http://redescolar.ilce.edu. mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/ bronce.htm [Citado el 26 de febrero del 2011].

[7] Bronce. Disponible en: http://redescolar.ilce.edu. mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/ bronce.htm [Citado el 26 de febrero del 2011].

[8] Bronce. Disponible en: http://redescolar.ilce.edu. mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/ bronce.htm [Citado el 26 de febrero del 2011].

[9] Aleacion cobre-estaño (Cu + Sn): Bronce. Disponible en: https://www.codelcoeduca.cl /cobre/ aleaciones/t-bronce.html [Citado el 26 de febrero del 2011]

[10] Aluminio. Disponible en: http://redescolar.ilce. edu.mx/redescolar/publicaciones/publi_ rocas/aluminio.htm [Citado el 27 de febrero del 2011].

[11] El aluminio. Disponible en: http://www.aim.es/ publicaciones/bol2/16_Aluminio.pdf [Citado el 27 de febrero del 2011].

12.3 Referencias en revistas

[12] C.J Jimenez, L.C Uribe y J. Arenas. “Ensayo de traccion”, Ensayos de ciencia de los materiales grupo J1, Febrero 2011, p. 6.

13. AGRADECIMIENTOS

Agradecemos a la docente Clara López por toda la asesoria y disposicion a la hora de realizar el proyecto, el cual despierta nuestra parte cientifica impulsandonos a ir mas alla. Igualmente para el técnico Jaime Alberto Cadena por su disposición e informacion dada en la práctica de traccion. Tambien a aquello compañeros del grupo J1 de “Ciencia de los materiales” que estuvieron siempre dispuestos a colaborar durante el desarrollo de este proyecto.

14. CURRICULUM