Ensayo de Traccion

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Laboratorio de Ciencia De Los Materiales

INFORME Nº 1

ENSAYOS DE DUREZA

Curso:

Profesor:

Integrantes:

2011-I

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ENSAYO DE DUREZA

Laboratorio de Ciencia de los Materiales

INDICE

OBJETIVOS..............................................................................................................................................3

FUNDAMENTO TEÓRICO........................................................................................................................3

DUREZA ROCKWELL............................................................................................................................3

DUREZA BRINELL................................................................................................................................5

DUREZA VICKERS................................................................................................................................5

DUREZA SHORE...................................................................................................................................6

DESCRIPCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS...............................................................................6

Equipo Rockwell:................................................................................................................................6

Equipo Vickers:...................................................................................................................................7

Equipo Shore:.....................................................................................................................................7

Durómetro Universal:.........................................................................................................................8

DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO......................................................................................................8

Método Rockwell (HRB/HRC):............................................................................................................8

Método Vickers (HV):.........................................................................................................................9

DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO.............................................................................................10

En el Equipo Rockwell:......................................................................................................................10

En el Equipo Universal:.....................................................................................................................10

En el Equipo Vickers:........................................................................................................................10

CÁLCULOS Y RESULTADOS....................................................................................................................11

En el Método Rockwell:....................................................................................................................11

Resultados....................................................................................................................................11

En el Método Vickers:.......................................................................................................................11

Resultados....................................................................................................................................12

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...............................................................................................13

CUESTIONARIO.....................................................................................................................................13

BIBLIOGRAFÍA.......................................................................................................................................15

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ENSAYO DE DUREZA


INTRODUCCIÓN

El experimentar los distintos ensayos estudiados en clase, nos permite resolver dudas o

comprender con mayor detalle cada concepto, fórmula e idea expuesto teóricamente.

Es por eso que las demostraciones experimentales son de suma importancia en nuestro

proceso de aprendizaje, sobre todo cuando se sigue la carrera de ingeniería.

En relación a lo dicho anteriormente, este segundo informe trata sobre el ENSAYO DE

TRACCIÓN, que es uno de los ensayos más empleados actualmente, que nos permite

determinar la resistencia de un material al aplicar un esfuerzo de tracción hasta

generarle una rotura.

Asimismo, a través de este ensayo podremos observar como es el comportamiento de

los distintos materiales que se utilizaron en la experiencia, y por supuesto cuales fueron

las normas que se siguieron para llevar a cabo dichos ensayos.

El propósito u objetivo de este trabajo consistirá en obtener la curva de esfuerzo y

deformación unitaria de ingeniería y real para los materiales metálicos utilizados y por

supuesto determinar la resistencia mecánica de los materiales a partir del ensayo de

tracción.

Haciendo uso del cálculo y los datos obtenidos en el laboratorio, será posible cumplir

con lo mencionado anteriormente.

Con mayor detalle y profundidad lo encontrará en el cuerpo de este informe, donde

entrará a tallar las gráficas, cuadros y sobre todo las observaciones y conclusiones que

surgirán de esta experiencia.

Para concluir, esperamos que este informe llene todas sus expectativas y sobre todo que

absuelva todas las dudas que lo puedan inquietar, ya que este trabajo se fundamenta en

todo lo aprendido en clase.

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ENSAYO DE DUREZA


OBJETIVOS

El objetivo principal de esta práctica es la realización de una gráfica tensión

deformación del material en particular (probeta).

A partir de este diagrama (gráfica hallada) obtendremos propiedades mecánicas

del material como el límite elástico, la resistencia de tracción, el alargamiento de

rotura y el módulo de elasticidad.

Estudiar el comportamiento de una muestra de diferentes materiales frente a la

tracción.

Capacitar al alumno para identificar en el laboratorio las diferentes máquinas de

ensayo universal. Entre ellas se puede identificar máquinas de accionamiento

hidráulico y accionamiento a través de tornillos.

Capacitar al alumno en el ensayo normalizado de tracción según norma nacional

proporcionada por el Instituto Nacional de Normalización (INN) y aplicación del

Sistema Internacional de Unidades (SI) para expresar diversas magnitudes

físicas.

Familiarizar al alumno con las definiciones básicas de la resistencia de los

materiales tales como esfuerzos, elongación, deformación, diagrama de fuerza

versus deformación, fractura en material frágil y fractura en material dúctil.

Determinar el esfuerzo o tensión de proporcionalidad, el límite elástico, el

esfuerzo de fluencia, el esfuerzo máximo y el esfuerzo de ruptura a partir de la

gráfica obtenida del ensayo, así como también obtener la curva Carga-

Deformación y las curvas de esfuerzo-deformación unitarios de ingeniería y real

para distintos materiales metálicos.

El objetivo del ensayo de tracción es determinar aspectos importantes de la

resistencia y alargamiento de materiales, que pueden servir para el control de

calidad. Las especificaciones de los materiales y el cálculo de piezas sometidas a

esfuerzos.

Determinar la resistencia mecánica de los materiales a partir del ensayo de

tracción y hacer el análisis comparativo de las características de estos con los

cuales se trabajó en el ensayo.

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ENSAYO DE DUREZA


FUNDAMENTO TEÓRICO

El ensayo de tracción tiene por objetivo definir la resistencia elástica, resistencia última y

plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas uniaxiales. Se requiere una máquina,

prensa hidráulica por lo general, capaz de:

a) Alcanzar la fuerza suficiente para producir la fractura de la probeta.

b) Controlar la velocidad de aumento de fuerzas.

c) Registrar las fuerzas “F” que se aplican y los alargamientos ( L), que se observan enΔ

la probeta.

Un esquema de la máquina de ensayo de tracción se muestra en la Figura 1.

Figura 1: Máquina de Ensayo de Tracción.

La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad

seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la

carga aplicada, las máquinas están conectadas a un ordenador que registra el desplazamiento y

la carga leída. Si representamos la carga frente al desplazamiento obtendremos una curva como

la mostrada en la figura 2.

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ENSAYO DE DUREZA


Figura 2: Fuerza vs. Alargamiento.

La probeta a ensayar se sujeta por sus extremos al cabezal móvil de la máquina de ensayos y a la

célula de carga, respectivamente. Las mordazas se sujeción deben mantener firme a la muestra

durante el ensayo, mientras se aplica la carga, impidiendo el deslizamiento. A su vez, no deben

influir en el ensayo introduciendo tensiones que causen la rotura en los puntos de sujeción. Para

que el ensayo se considere válido la rotura debe ocurrir dentro de la longitud calibrada, en la

parte central de la probeta.

A partir de las dimensiones iniciales de la probeta, se transforman la fuerza en tensión y el

alargamiento en deformación, que nos permite caracterizar las propiedades mecánicas que se

derivan de este ensayo.

De

tal

forma que la curva típica sería de la forma Tensión vs. Deformación, tal y como se muestra en la

figura 3.

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ENSAYO DE DUREZA


Figura 3: Curva típica de tracción hasta la fractura, punto U. Los insertos circulares representan la

geometría de la probeta deformada en varios puntos de la curva.

La interpretación de la curva nos lleva

1. En la curva podemos distinguir dos regiones:

- Zona elástica: La región a bajas deformaciones (hasta el punto P), donde se cumple la

Ley de Hooke: = E (E = modulo elástico).σ ε

- Zona plástica: A partir del punto P. Se pierde el comportamiento lineal, el valor de

tensión para el cual esta transición ocurre, es decir, se pasa de deformación elástica a

plástica, es el Límite de Elasticidad, σy, del material.

2. Después de iniciarse la deformación plástica, la tensión necesaria para continuar la

deformación en los metales aumenta hasta un máximo, punto M, Resistencia a tracción

(RT ó TS), y después disminuye hasta que finalmente se produce la fractura, punto F. La

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ENSAYO DE DUREZA


Resistencia a Tracción es la tensión en el máximo del diagrama tensión-deformación

nominales. Esto corresponde a la máxima tensión que puede ser soportada por una

estructura a tracción; si esta tensión es aplicada y mantenida, se producirá la rotura.

Hasta llegar a este punto, toda la deformación es uniforme en la región estrecha de la

probeta. Sin embargo, cuando se alcanza la tensión máxima, se empieza a formar una

disminución localizada en el área de la sección transversal en algún punto de la probeta,

lo cual se denomina estricción, y toda la deformación subsiguiente está confinada en la

estricción. La fractura ocurre en la estricción. La tensión de fractura o bien de rotura

corresponde a la tensión en la fractura.

DEFORMACIÓN ELÁSTICA

Definimos elasticidad como la propiedad de un material en virtud de la cual las deformaciones

causadas por la aplicación de una fuerza desaparecen cuando cesa la acción de la fuerza. "Un

cuerpo completamente elástico se concibe como uno de los que recobra completamente su

forma y dimensiones originales al retirarse la carga". Ejemplo: caso de un resorte al cual le

aplicamos una fuerza.

El grado con que una estructura se

deforma depende de la magnitud de la

tensión impuesta. Para muchos metales

sometidos a esfuerzos de tracción

pequeños, la tensión y la deformación

son proporcionales según la relación:

σ=E .ε

Esta relación se conoce con el nombre de

ley de Hooke, y la constante de

proporcionalidad, E (MPa) es el módulo

de elasticidad, o módulo de Young.

Cuando se cumple que la deformación es proporcional a la tensión, la deformación se denomina

deformación elástica; al representar la tensión en el eje de coordenadas en función de la

deformación en el eje de abscisas se obtiene una relación lineal:

La pendiente de este segmento lineal corresponde al módulo de elasticidad E. Este módulo

puede ser interpretado como la rigidez, o sea, la resistencia de un material a la deformación

elástica. Cuanto mayor es el módulo, más rígido es el material, o sea, menor es la deformación

elástica que se origina cuando se aplica una determinada tensión.

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ENSAYO DE DUREZA


DEFORMACIÓN PLÁSTICA

Definimos como plasticidad a aquella propiedad que permite al material soportar una

deformación permanente sin fracturarse. Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de

deformarse en el sentido de aplicación de la fuerza. En el caso del ensayo de tracción, la fuerza se

aplica en dirección del eje de ella y por eso se denomina axial, la probeta se alargara en dirección

de su longitud y se encogerá en el sentido o plano perpendicular. Aunque el esfuerzo y la

deformación ocurren simultáneamente en el ensayo, los dos conceptos son completamente

distintos.

Para la mayoría de los materiales metálicos, la deformación elástica únicamente persiste hasta

deformaciones de alrededor de 0.005. A medida que el material se deforma más allá de este

punto, la tensión deja de ser proporcional a la deformación y ocurre deformación plástica, la cual

es permanente, es decir no recuperable. En la figura 4 se traza esquemáticamente el

comportamiento tensión deformación en la región plástica para un metal típico. La transición

elástico-plástica es gradual para la mayoría de los metales; se empieza a notar cierta curvatura al

comienzo de la deformación plástica, la cual aumenta rápidamente al aumentar la carga.

Figura 4: (a) Curva de tracción típica de un metal que muestra las deformaciones elástica y plástica, el

limite proporcional P y el limite elástico σy, determinado como la tensión para una deformación

plástica del 0.002.

CALCULO DEL LÍMITE ELÁSTICO

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ENSAYO DE DUREZA


Para conocer el nivel de tensiones para el cual empieza la deformación elástica, o sea, cuando

ocurre el fenómeno de fluencia, tenemos que tener en cuenta dos tipos de transición elástico-

plástica:

1. Los metales que experimentan esta transición de forma gradual. El punto de fluencia

puede determinarse como la desviación inicial de la linealidad de la curva tensión-

deformación (punto P en la figura 4ª). En tales casos, la posición de este punto no puede

ser determinada con precisión, por este motivo se ha establecido una convención por la

cual se traza una línea recta paralela a la línea recta paralela a la línea elástica del

diagrama de la tensión-deformación desplazada por una determinada deformación,

usualmente 0.002. La tensión correspondiente a la intersección de esta línea con el

diagrama “tensión vs. Deformación” cuando éste se curva se denomina límite elástico, σy.

2. Para aquellos materiales que tienen una región elástica no lineal, la utilización del

método anterior no es posible, y la práctica usual es definir el límite elástico como la

tensión necesaria para producir una determinada deformación plástica.

La transición elástico-plástica está muy bien definida y ocurre de forma abrupta y se denomina

fenómeno de discontinuidad del punto de fluencia. En el límite de fluencia superior, la

deformación plástica se inicia con una disminución de la tensión. La deformación prosigue bajo

una tensión que fluctúa ligeramente alrededor de un valor constante, denominado punto de

fluencia inferior. En los metales en que ocurre este fenómeno, el límite elástico se toma como el

promedio de la tensión asociada con el límite de fluencia inferior, ya que está bien definido y es

poco sensible al procedimiento seguido en el ensayo.

DUCTILIDAD

La ductilidad es otra importante propiedad mecánica. Es una medida del grado de deformación

plástica que puede ser soportada hasta la fractura. Un material que experimenta poca o ninguna

deformación plástica se denomina frágil.

La ductilidad puede expresarse cuantitativamente como alargamiento relativo porcentual, o

bien mediante el porcentaje de reducción de área. El alargamiento relativo porcentual a

rotura, %EL, es el porcentaje de deformación plástica a rotura, o bien:

%EL=( IF−IOIO )Donde If es la longitud en el momento de la fractura y l0 es la longitud de prueba original.

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ENSAYO DE DUREZA


Figura 5: Representación esquemática de los diagramas de tracción de materiales frágiles, y dúctiles

ensayados hasta la fractura.

TENACIDAD

La tenacidad de un material es un término mecánico que se utiliza en varios contextos; en

sentido amplio, es una medida de la capacidad de un material de absorber energía antes de la

fractura. La geometría de la probeta así como la manera con que se aplica la carga son

importantes en la determinación de la tenacidad.

RESILIENCIA

Medida de la capacidad de un material de absorber energía elástica antes de la deformación

plástica.

Figura 6: Representación esquemática de los diagramas de tracción de materiales

DESCRIPCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS

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ENSAYO DE DUREZA


Nombre de la Máquina:

Maquina Universal Amsler

Fabricado por:

Alfred J, Amsler y Cia; Shaffhausen/Suiza

Tipo de Máquina: Máquina de Ensayo de Tracción de funcionamiento Hidráulico – Mecánico 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 Medición:

La escala de carga aplicada va de 500Kg hasta 5000Kg, entre cada intervalo de 100 kilogramos hay 10 subdivisiones más, para que la precisión sea mayor.

DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO

Figura 7: Parte de la Máquina Universal Amsler

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ENSAYO DE DUREZA


Al conectar el enchufe al toma corrientes se activa el motor eléctrico que se sitúa en la parte

inferior de la máquina, luego esa energía mecánica generada se le entrega al cilindro

inferior, que situado junto al motor va transformando la energía mecánica en hidráulica,

pues usa al fluido (aceite) como transmisor de la fuerza mediante la propiedad de este,

haciendo que este ascienda hacia el cilindro superior.

Se coloca con sumo cuidado, la probeta de ensayo y sosteniéndoles con unos soportes

llamadas quijada inferior.

Figura 8: Motor de la máquina

Figura 9: Quijadas o mordazas fijas

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ENSAYO DE DUREZA


En el proceso de ascenso del fluido se ve una

resistencia que ofrecen los canales en donde se

transporta, esto genera un incremento en la

presión, por lo que se encuentran unas válvulas

de regulación para que al ejercer una

contrapresión pueda equilibrarse mientras se

realiza el aumento de carga en el transcurso del

ensayo, también la máquina se tiene cimentada al

piso para contrarrestar los mismos efectos.

Al llegar al cilindro superior, se produce un

aumento de presión, lo que hace desplazar al

embolo interno y le comunica una energía a un

resorte que mueve el sistema que involucra a la

probeta sufrir una elongación, después se le

comunica a un pequeño mini sistema

conformado por un tambor que actúa

como medio para graficar la curva de

carga –deformación del material de la

probeta a ensayar; también comunica a

un indicador que tiene un rango

definido, tiene una especie de flechas: una negra y otra roja.

Figura 10: Sistema de resortes asociados a la presión de un fluido

Figura 11: Sistema para obtener la curva

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ENSAYO DE DUREZA


Al aplicarse la carga las dos flechas avanzan simultáneamente hasta llegar a la carga máxima,

es ahí donde la flecha negra se queda ahí mientras la roja desciende.

Después de la rotura de la probeta, se procede a apagar la máquina.

DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

Figura 12: Controlador de la carga

1) Aluminio:

Diámetro inicial: 6.0mmLongitud inicial: 27mmDiámetro final: 3.15mmLongitud final: 31.25mmEsfuerzo máximo: 521kgfEsfuerzo de ruptura: 350kgfCarga: 1000kg

2) Cobre:


3) Bronce:


4) SAE 1010 (acero liso):

Longitud inicial: 23mmDiámetro final: 3.3mmLongitud final: 31.8mmEsfuerzo máximo: 1520kgfEsfuerzo de ruptura: 1180kgfCarga: 3000kg

5) SAE 1045 (acero corrugado):

Diámetro inicial: 6.5mmLongitud inicial: 26.1mmDiámetro final: 3.1mmLongitud final: 31.3mmEsfuerzo máximo: 2550kgfEsfuerzo de ruptura: 2050kgfCarga: 5000kg

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TABULACIONES, CÁLCULOS Y CURVAS

ALUMINIO

Carga Aplicada 1000kg

Resistencia MecánicaESFUERZO DE FLUENCIA kgf/mm2

ESFUERZO MÁXIMO kgf/mm2

DEFORMACIONES (mm)

Diámetro inicial mm

Diámetro final mm

Longitud inicial mm

Longitud final mm

MÓDULO DE YOUNG

Porcentaje de elongación (%) %

ESTRICCIÓN %

GRÁFICA

ZONA ELÁSTICA

ZONA DE FLUENCIA

ZONA PLÁSTICA

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CURVA DEL ALUMINIO

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COBRE




DEFORMACIONES (mm)


Diámetro final mm

Longitud inicial mm

Longitud final mm

MÓDULO DE YOUNG

Porcentaje de elongación (%)

ESTRICCIÓN

GRÁFICA

ZONA ELÁSTICA

ZONA DE FLUENCIA

ZONA PLÁSTICA

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CURVA DEL COBRE

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BRONCE




DEFORMACIONES (mm)


Diámetro final mm

Longitud inicial mm

Longitud final mmTENACIDAD (CURVA REAL): kgf/mm2

MÓDULO DE YOUNG


ESTRICCIÓN %

GRÁFICA

ZONA ELÁSTICA

ZONA DE FLUENCIA

ZONA PLÁSTICA

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CURVA PARA EL BRONCE ING

CURVA DEL BRONCE REAL

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ACERO DE BAJO CARBONO




DEFORMACIONES (mm)


Diámetro final mm

Longitud inicial mm

Longitud final mm

MÓDULO DE YOUNG


ESTRICCIÓN %

GRÁFICA

ZONA ELÁSTICA

ZONA DE FLUENCIA

ZONA PLÁSTICA

CURVA DEL ACERO DE BAJO CARBONO

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ACERO DE MEDIO CARBONO

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DEFORMACIONES (mm)


Diámetro final mm

Longitud inicial mm

Longitud final mm

MÓDULO DE YOUNG


ESTRICCIÓN %

GRÁFICA

ZONA ELÁSTICA

ZONA DE FLUENCIA

ZONA PLÁSTICA

CURVA DEL ACERO DE MEDIO CARBONO

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ENSAYO DE DUREZA


GRAFICOS

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OBSERVACIONES

Es un ensayo relativamente sencillo.

Aluminio Bronce Acero MC Acero BC Cobre

0

0.494560000000001 0.494567

0.680590.72522 0.735077

ESTRICCIÓN

ESTRICCIÓN

ALUMINIO COBRE ACERO DE BAJO CAR-

BONO

BRONCE ACERO DE MEDIO CAR-

BONO

ESFUERZO MÁX-IMO

17.7184 37.7236 44.0533 49.4244 102.9492

10

30

50

70

90

110

ESFUERZO MÁXIMO (kgf/mm2)E

SFU

ER

ZO

DE

IN

GE

NIE

RIA

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ENSAYO DE DUREZA


El tipo de muestra y el equipo son los mismos que los utilizados para otro tipo de

ensayos.

La rotura no se ve afectada por las condiciones de la superficie de la probeta.

La rotura se inicia en una región relativamente uniforme de tensiones de tracción.

Observamos que el material más que soporto más carga es el acero de bajo carbono.

Observamos que el inicio de las gráficas no es necesariamente una recta como es en la

teoría, por lo que no 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 aplicación de la carga, por lo que recibe

indistintamente el nombre de periodo de proporcionalidad o elástico.

Se obtuvo además un panorama general del mecanizado de la probeta y un ensayo de

tracción.

Cabe destacar que la tensión de fluencia hallada por este método no es representativa

del acero y se debe a que las velocidades de deformación eran reguladas por la

experiencia debido a que la maquina no tenía un sistema apto para ello.

Observamos que el acero de bajo carbono con el que se trabajó en el laboratorio tiene un

punto de fluencia lo que los demás no tienen.

Para los ensayos del cobre, del bronce y en el acero de medio carbono la carga que se le

aplicaba hizo romper ambas probetas muy rápido, ya que se pudo ver que luego de la

ruptura la carga cay de golpe, cosa que no ocurrió con los demás.

Observamos los materiales con los que se trabajó presenta estricción, debido a la

diferencia de área antes y después de la ruptura.

Una gran ventaja que se puede hablar en este ensayo, es la facilidad para fabricar las

probetas.

La única observación negativa a realizar es que la probeta no se encuentra sometida a un

ensayo de tracción simple puro, es decir, al ensayar la probeta ésta no se encuentra

deformada en su totalidad.

CONCLUSIONES

Se realizó un ensayo de tracción sobre una probeta de distintos materiales para dicho fin,

de acuerdo a las normas ASTM, el cual permitió obtener las características mecánicas

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ENSAYO DE DUREZA


principales de dicho material a partir del análisis de la curva de tensión deformación y

verificar de este modo las propiedades de estos aceros.

Se concluye que de los materiales ensayados, el aluminio resulto ser el más dúctil ya que

su esfuerzo máximo solo fue de 570kgf.

Se concluye que el material más frágil resulto ser el acero de medio carbono, conocido

como el SAE 1045.

En el bronce no se formó el cuello, debido que después de sufrir el esfuerzo máximo, este

material quebró sin sufrir una deformación apreciable.

Se determinó que el acero de medio carbono tiene el mayor índice de proporcionalidad,

ya que su límite elástico fue el más elevado.

El acero de bajo carbono fue la probeta con mayor índice de plasticidad, debido a que su

zona plástica en la gráfica fue la de mayor proporción.

Se concluye que el punto de rotura de todos los materiales ensayados se dio después de

darse el esfuerzo máximo y con un esfuerzo menor a este.

Se concluye que cuando los materiales llegan a su punto de fluencia, es ahí donde ellos

logran deformarse rápidamente sin necesidad de aumentarle la carga.

Se concluye que los materiales ensayados cumplen con la Ley de Hooke hasta un cierto

punto el cual denominaremos limite elástico.

Se concluye que los materiales en los que se ensayaron llegan a tener una recuperación

elástica luego de la rotura, ya que se nota una gran irregularidad al querer unir las partes

de la probeta por la zona de la rotura.

Se determinó que el material con mayor esfuerzo de fluencia fue el acero de medio

carbono, y la de menor fue el aluminio.

Se concluye que la relación que existen entre los materiales ensayados con respecto al

módulo de Young de los materiales ensayados son; Cobre < Aluminio < Bronce < Acero

de bajo carbono < Acero de medio carbono.

Se concluye que la relación existente con respecto a la estricción de las probetas fueron:

Aluminio < Bronce < Acero de medio carbono < Acero de bajo carbono < Cobre.

Así también como la gran utilidad de estos para darnos cuentas de las diferentes

propiedades de los materiales, por ultimo he de añadir que gracias a esta práctica tengo

un mejor entendimiento de la curvas tensión−deformación.

RECOMENDACIONES

Se recomienda tomar precauciones durante la realización del ensayo, ya que las cargas utilizadas son relativamente altas con respecto a los materiales de ensayo.

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ENSAYO DE DUREZA


Además, al realizar el ensayo sin cuidado podríamos tomar valores erróneos aumentando el porcentaje de error.

También se debe tener el debido comportamiento en el laboratorio, ya que los instrumentos y aparatos de medición son muy frágiles, y se podrían dañar fácilmente en un pequeño accidente.

Debemos, además, asegurarnos de que la probeta esté en debidas condiciones (bien pulida, limpia, sin óxidos) y de que no haya sufrido muchos ensayos.

Es recomendable también, tener una base teórica antes de realizar el ensayo para tener en cuenta los detalles que debemos observar y los datos que debemos apuntar.

CUESTIONARIO

De una barra de acero SAE1060 se confecciona una probeta de 60 mm de diámetro y 30 mm de longitud, los resultados son los siguientes:

F (kg . f ) 600 1200 1800 2400 3000 2800 3300 3600 4000 3400 2200

∆ L(mm) 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.007 0.009 0.01 0.012 0.0151 0.017

Se mide la sección transversal de la probeta y se obtiene 5% y punto de fluencia inferior una reducción de área del 7%, en el punto de carga máxima la reducción del área es del 35% y en el punto de ruptura o separación es del 50%. Determinar:

a) La curva de ingeniería (curva teórica)b) La curva realc) La estricción finald) La resilienciae) La tenacidadf) Diga si el material es dúctil o frágil. Explicar

Explique una curva ideal y calcule el esfuerzo de fluencia aparente o convencional

BIBLIOGRAFÍA

Tecnologías de los Materiales Industriales. Lasheras, Esteban. Pág. 193-203

Tratamiento Térmico de los Aceros. Apraiz, J.

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ENSAYO DE DUREZA


Técnicas de Laboratorio para pruebas de Materiales (Keyser, Carl. Limusa-Wiley).

Pruebas Mecánicas y Propiedades de los Metales (Zolotorevski, V. Editorial Mir).

The testing and Inspection of Engineering Materials (Troxell).

FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES.

William F. Smith/2º edición. 1996

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES.

Donald R. Askeland. / Publicación México: International Thompson Editores. 1998.

TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INDUSTRIALES

Lasheras/ Pág. 207-217

ANEXO

ANEXO A: EFECTO DE LA TEMPERATURA

Se estudia el comportamiento a fractura y a tracción de dos materiales compuestos,

fabricados a partir de una misma matriz termoplástica reforzada con tejido de fibra de

vidrio y de carbono, cuando se someten a una temperatura de 70ºC y a una humedad

relativa del 95%, con períodos de exposición máximos de 200 días. El comportamiento a

fractura se analizó en régimen dinámico a partir de los datos obtenidos de ensayos de

impacto. El fin de este estudio es conocer el comportamiento de este material en

períodos cortos de exposición e identificar los mecanismos de fallo que induce este

fenómeno en el material. Las principales conclusiones del estudio son: el tipo de

refuerzo condiciona el comportamiento del material frente a cargas de impacto; la

resistencia a tracción y la tenacidad a fractura dinámica de los compuestos estudiados

no se ven sustancialmente modificadas por el efecto de condiciones ambientales de

elevada humedad y temperatura en períodos cortos de exposición, apreciándose incluso

una mejora en la tenacidad en los primeros días.

La aplicación cada vez más generalizada de materiales compuestos que en ocasiones

pueden llegar a sustituir a los materiales metálicos en muchas aplicaciones industriales,

hace necesaria una exigente caracterización mecánica. Por otra parte, las condiciones

medioambientales a las que se ven sometidos son cada vez más severas. Todo ello hace

necesario un conocimiento más amplio de su comportamiento frente a diferentes tipos

de solicitaciones tanto estáticas como dinámicas.

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ENSAYO DE DUREZA


El proceso de fractura que se genera en un material compuesto cuando se somete a

cargas de impacto está condicionado por la propia fractura de las fibras que lo

componen así como de los procesos de des laminación asociados a este tipo de

materiales (Abusafieh A. 1998) (Kalarda V. V. 1993). Hasta el momento no está claro

cuál de los dos procesos es el determinante, ni por 34 supuestos la aportación de cada

uno de ellos a la energía total absorbida durante el proceso. Por otra parte, cuando un

material de este tipo se somete, durante períodos más o menos prolongados, a

ambientes con altas concentraciones de humedad, se produce en él una progresiva

absorción de agua que depende de muchas variables, como son: el tipo de fibra, el tipo

de matriz, la temperatura, etc. En la práctica, la presencia de una alta concentración de

humedad viene acompañada de temperaturas relativamente elevadas lo que hace que el

estudio conjunto de los dos parámetros, temperatura y humedad, sea prácticamente

obligatorio (Fernández Canteli A. 2002). En este momento parece demostrado que la

humedad absorbida por el material compuesto depende de la estructura química de la

matriz, de la temperatura y de la humedad relativa, lo cual produce una plastificación

tanto en la matriz como en el refuerzo, así como una alteración dimensional que induce

modificaciones en el estado tensional que favorece la propagación de fisuras (Adams D.

F. 1977), (Kalthoff J. F. 1995), (Viña J. 2002). El objetivo de este trabajo es estudiar el

efecto que la combinación de la humedad y la temperatura tiene en el comportamiento a

tracción y a fractura dinámica de dos materiales compuestos, fabricados a partir de una

misma matriz termoplástica, reforzados uno con tejidos de fibra de vidrio y el otro de

fibra de carbono, en períodos cortos de exposición.

EJEMPLO DE LA INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN EL ENSAYO DE TRACCIÓN:

En una prueba a un acero inoxidable superdúplex tipo EN 1.4410 en donde se ensayó la

tracción en el rango de

temperaturas de 275 a 475°C.

La evolución, en función de la

temperatura, de los valores de

límite elástico y resistencia

máxima indica la existencia de

un fenómeno de

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ENSAYO DE DUREZA


envejecimiento por deformación (Dynamic Strain Aging o DSA). Para evaluar la

influencia de la velocidad de deformación sobre dicho comportamiento se realizaron

ensayos de tracción a dos velocidades diferentes, ambos a la temperatura de 325°C, para

la cual se había registrado la máxima manifestación de DSA. Dichos ensayos reflejaron

una sensibilidad inversa a la velocidad de deformación lo que confirma la presencia de

DSA en el acero bifásico estudiado.

Influencia de la temperatura sobre las características de la curva esfuerzo-deformación de un polímero semicristalino.

ANEXO B: MÉTODO DE OFFSET

El método de off-set sirve para hallar el esfuerzo de fluencia de un material de manera

aproximada.

Este método consiste en trazar una recta paralela al límite de proporcionalidad de la

curva del material, una cierta distancia que comúnmente es de 0.02% la deformación

total del material o sino el 0.02% en la unidad que estamos trabajando. Dicha recta

paralela interceptará a la curva de esfuerzo versus deformación del material ensayo en

el punto donde podremos calcular dicha fluencia del material.

Este método va aplicado mayormente a los materiales no ferrosos como el bronce ya

que no tienen su punto de fluencias muy pronunciadas, sin embargo no es muy

recomendado para los materiales ferrosos como el acero, cobre, aluminio ya que dicho

resultado tendrá un mayor error en el cálculo de la fluencia.

34

ENSAYO DE DUREZA


ANEXO C: NORMALIZACIÓN SEGÚN LA NORMA ASTM E8

Estos métodos de ensayo nos sirven para cubrir los ensayos de tracción de materiales

metálicos, en cualquier forma a temperatura ambiente, en particular, los métodos de

determinación de la resistencia a la fluencia, fluencia, resistencia a la tracción, el

alargamiento y la reducción de área.

La longitud de calibre para los especímenes más redondas deben ser 4D para E 8 y 5D E

8M. La longitud del calibrador es la diferencia más significativa entre E 8 y E 8M DE

MUESTRAS DE ANÁLISIS especímenes de la prueba a partir de la metalurgia de polvos

(P / M) los materiales están exentos de este requisito por la industria-un amplio acuerdo

para mantener la presión de la materia a un área específica prevista y la densidad.

Excepciones a las disposiciones de estos métodos de prueba deben realizarse en las

especificaciones individuales o métodos de prueba para un determinado material. Para

algunos ejemplos, vea los métodos de ensayo y definiciones A 370 y los métodos de

prueba B 557, B 557M y B 557m.

Los valores indicados en unidades SI deben ser considerados como algo separado de

pulgada / unidades de libras. The values stated in each system are not exact equivalents;

therefore each system must be used independently of the other. Los valores indicados

en cada sistema no son equivalentes exactos, por lo que cada sistema debe ser utilizado

independientemente de la otra. Combining values from the two systems may result in

non-conformance with the standard. La combinación de los valores de los dos sistemas

puede resultar en la no conformidad con la norma.

Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer prácticas apropiadas de

seguridad y salud y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias antes

de su uso.

ANEXO D: PROBETAS PARA TRACCIÓN

Las probetas para los ensayos de tracción pueden ser: industriales o calibradas; estas

últimas, se emplean en experiencias más rigurosas y adoptan formas perfectamente

cilíndricas o prismáticas, con extremos ensanchados, no solo para facilitar su sujeción en

la máquina de ensayo, sino para asegurar la rotura dentro del largo calibrado de menor

sección; en la cual se marcan los denominados “Puntos fijos de referencia” a una

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ENSAYO DE DUREZA


distancia inicial preestablecida (lo), que permitirá después de la fractura, juntando los

trozos, determinar la longitud final entre ellos (L).

Estos hechos han motivado la normalización de la longitud inicial, estipulándose que dos

o más ensayos pueden compararse en sus alargamientos, si las probetas son

geométricamente semejantes, lo que se logra cuando lo es proporcional al diámetro o

raíz cuadrada de la sección. O sea que los ensayos sobre probetas distintas resultan

comparables si se cumple que la ley de semejanza:

TIPOS DE PROBETAS

Las probetas de ensayo para materiales metálicos se obtienen, generalmente por

mecanizado de una muestra del producto objeto de ensayo, o de una muestra moldeada.

En el caso de tratarse de productos que tengan una sección constante (perfiles, barras,

etc.) o de barras obtenidas por moldeo, se pueden utilizar como probetas las muestras

sin mecanizar. La sección de la probeta puede ser circular, cuadrada o rectangular.

Generalmente las probetas de ensayo para materiales no metálicos se pueden preparar

por prensado, por inyección o bien por arranque de viruta mediante corte de planchas.

En general hay tres tipos de probeta:

a) Plásticos rígidos y semirrígidas.

M-I es la muestra preferida y se usará cuando haya material suficiente tendiendo un

espesor de 10 mm o menor.

El tipo de probeta M-III se empleará cuando el material sometido al ensayo presente un

espesor de 4 mm o menor y el tipo de probeta M-II se usará cuando sean requeridas

comparaciones directas entre materiales con diferente rigidez (no rígida y semi-rígida).

b) Plásticos no rígidos

Se emplea el tipo de probeta M-II con espesores de 4 mm o menores. El tipo de probeta

M-I debe ser empleado para todos los materiales con espesores comprendidos entre 4 y

10 mm.

c) Materiales compuestos reforzados

Las probetas para materiales compuestos reforzadas serán del tipo M-I. En todos los

casos el espesor máximo de las probetas será de 10 mm. Las probetas que se van a

ensayar deben presentar superficies libres de defectos visibles, arañazos o

imperfecciones. Las marcas correspondientes a las operaciones del mecanizado de la

probeta serán cuidadosamente eliminadas con una lima fina o un abrasivo y las

36

ENSAYO DE DUREZA


superficies limadas serán suavizados con papel abrasivo. El acabado final se hará en una

dirección paralela al eje largo de la probeta.

ANEXO E: LÍMITE DE PROPORCIONALIDAD

Si un material es sometido a tracción, es decir si el mismo es solicitado desde sus

extremos en direcciones opuestas, la longitud del mismo aumenta y eventualmente, si la

fuerza es grande, el material puede romperse. En esta sección estudiaremos la conexión

entre los efectos de las fuerzas y las deformaciones que las mismas causan sobre una

muestra de material. Si una muestra cilíndrica de material, de sección transversal A, y

longitud inicial L0 es sometida a tracción, mediante una fuerza F que actúa a lo largo de

su eje, la misma sufrirá un estiramiento de magnitud L. Si L/L0 <<1, se encuentraΔ Δ

experimentalmente que para un rango limitado de las fuerzas aplicadas, L esΔ

proporcional a la fuerza aplicada (F), a su longitud original (L0) e inversamente

proporcional al área de su sección transversal

(A), es decir:

∆ L∝F×∆ L0

A

Esta relación la notó primero Robert Hooke (1635-1703), un contemporáneo y rival de

Newton. Esta expresión fenomenológica, es válida para una gran variedad de materiales,

pero no de carácter universal (como las leyes de Newton o las Ecuaciones de Maxwell),

se puede escribir como:

E×∆ LL0

= FA

Donde E es una constante característica de del material que forma el objeto y que se

denomina módulo de Young o módulo de elasticidad, al módulo de elasticidad también

se los suele designar con la letra Y. En rigor esta relación solo vale en la llamada zona de

proporcionalidad. El cociente F/A se denomina esfuerzo (stress) y se denota con la letra

, sus unidades son las mismas que las de presión (Pa). Al cociente σ L/L0 se lo denomina

deformación unitaria (strain) y se la denota con la letra , esta magnitud es a dimensional

(no tiene unidades). Con esta notación la expresión se puede escribir como:

σ = E × = Y ×

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ENSAYO DE DUREZA


Al principio del estiramiento, la deformación es proporcional al esfuerzo, es zona de

validez de la Ley de Hooke. Esto ocurre hasta que el esfuerzo aplicado alcanza un valor

llamado “Límite de proporcionalidad” (σpr). Si el material es sometido hasta este valor

de esfuerzo, al suprimir el mismo, el material retoma su forma original sin sufrir

deformación permanente.

Más allá del Límite de proporcionalidad, la gráfica se desvía de la recta y no existe una

relación sencilla entre y . Sin embargo, hasta el límite elástico, el objeto regresará aσ ε

su longitud original si se remueve la fuerza aplicada, es decir los esfuerzos aplicados no

producen deformaciones permanentes (caracterizada por el valor de deformación

residual ε0) en el material. Más cuantitativamente, por lo general se requiere que hasta

el límite de elástico ε0<10-4. La zona desde el origen hasta el límite elástico se llama

zona elástica. Si el objeto se somete a un esfuerzo más allá del límite elástico, entra a la

región plástica y no regresará a su longitud original al retirar la fuerza aplicada, sino que

quedará permanentemente deformado, esto es el material presenta efectos de histéresis.

Si el esfuerzo continúa incrementándose más allá del límite elástico, se alcanza de

ruptura. Entre el límite elástico y el punto de ruptura, a menudo existe una zona de

fluencia, donde el material se deforma fácilmente, sin necesidad de aumentar el esfuerzo

(región plana de la curva).

ANEXO F: ALARGAMIENTO

El ensayo de tracción para la determinación del alargamiento se realiza aumentando

aproximadamente la tensión en 1Kg/mm2 por segundo, de manera que se produzca

alargamiento máximo de 0,3 por ciento por minuto en él, periodo elástico. En el periodo

plástico, la velocidad de aumento de carga no será superior a la que produzca una

deformación por minuto igual al 25 por ciento de la distancia entre puntos. Si no

interesa hallar el límite de elasticidad, puede mantenerse esta misma velocidad durante

todo el ensayo.

Una vez rota la probeta, se unen las dos partes y se miden la distancia entre marcas. Se

denomina alargamiento al experimento por la probeta, expresado en tanto por ciento

de la longitud inicial entre puntos:

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ENSAYO DE DUREZA


A=L1−L0

L0

×100

Siendo L0 la longitud inicial o distancia entre marcas de la probeta y L1 su longitud

final.

El alargamiento que se produce es distinto según la posición de la sección de rotura,

y será tanto menor cuanta más cerca se halle de uno de los extremos. Por esta razón sólo

es aplicable la fórmula anterior cuando la rotura haya tenido lugar en el tercio central de

la probeta.

Pueden, sin embargo, utilizarse todos los ensayos de alargamiento, aunque se

rompan las probetas fuera del tercio central, si se marcan previamente, dividiendo su

longitud entre las marcas externas, en un número de partes iguales.

Entonces, si la rotura se produce descentrada, el aumento de longitud L1 - L0 se

calculara en función de las siguientes longitudes parciales.

1' = a la distancia de la sección de rotura a la última marca más cercana.

1'' = a la distancia de la sección de rotura a la marca número 10, hacia el extremo

opuesto de la marca anterior.

1''' = a la longitud de un número de marcas iguales a las que haya de la 10 al final

de la probeta, pero medidas en sentido contrario.

Resultando entonces la fórmula del alargamiento:

A=1'+1' '+1' ' '−L₀L₀

×100

ANEXO G: FLUENCIA

Deformación que se produce en un período cuando un material está sometido a un esfuerzo

constante y a temperatura constante. En los metales, la fluencia suele producirse

únicamente a elevadas temperaturas. La fluencia a temperatura ambiente es más común en

los materiales plásticos y se conoce como flujo frío o deformación bajo carga. Los datos

obtenidos en un ensayo de fluencia se suelen presentar en un gráfico de fluencia contra

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ENSAYO DE DUREZA


tiempo con esfuerzo y temperatura constantes. La pendiente de la curva es la velocidad de

fluencia y el punto final de la curva es el tiempo para ruptura. Como se indica en el diagrama

adjunto, la fluencia de un material se puede dividir en tres etapas. La primera etapa, o

fluencia primaria, comienza a una velocidad rápida y aminora con el tiempo. La fluencia de

segunda etapa o secundaria presenta una velocidad relativamente uniforme. La fluencia de

tercera etapa o terciaria presenta una velocidad de fluencia acelerada y termina debido a un

fallo del material en el momento de la ruptura. Véase también Relajación de esfuerzos.

ANEXO H: ESTRICCIÓN

Estricción es la disminución de la sección en la fractura de una probeta rota por

alargamiento. Se expresa en tanto por ciento de la sección inicial, o sea:

ε=S₀−S₁S₀

×100

Siendo S₀ la sección inicial y S₁ la sección de rotura.

La rotura de una probeta puede producirse de dos maneras:

a) Después de la deformación elástica, entonces la rotura se produce bruscamente sin

deformación aparente en su sección, es decir, sin estricción. Esta clase de rotura se

produce cuando los materiales son pocos dúctiles o cuando sus estructuras están en

estado de tensión.

b) Después de la deformación plástica. En este caso, la probeta disminuye de sección

sensiblemente en las proximidades de la sección de ruptura.

Si las probetas son de sección circular, como ocurre generalmente, puede calcular su área

por la conocida formula:

S= π4×D2

Pudiendo transformarse la fórmula de la estricción así:

ε=D ₀2−D ₁2

D ₀2 ×100

Siendo D ₀el diámetro inicial y D ₁ el diámetro de la sección rota.

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