UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERIA CIENCIAS FISICAS Y

MATEMATICA

CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

TEMA:

ENSAYO DE TRACCION EN ACERO LAMINADO AL CALOR Y

LAMINADO AL FRIO

ENSAYO N°4

NOMBRE:

ALEXIS JAVIER LEON TAPIA

PARALELO:

SEGUNDO

FECHA DE REALIZACION:

2015/05/28

FECHA DE ENTREGA:

2015/06/04

DIA Y HORA:

JUEVES/09:00

INTRODUCCION

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. Se define como acero estructural al producto de la

aleación de hierro, carbono y pequeñas cantidades de otros elementos tales

como silicio, fósforo, azufre y oxígeno, que le aportan características

específicas. El acero laminado en caliente, fabricado con fines estructurales,

se denomina como acero estructural al carbono, con límite de fluencia de 250

MPa.

Propiedades del acero laminado en frío

El acero 1144 se forma típicamente como un producto laminado en frío. El

acero de grado 1144 del Instituto Norteamericano de Hierro y Acero es un

acero al carbono medio comúnmente fabricado en el proceso de laminación

en frío. También conocido como un acero a prueba de estrés, el 1144 tiene

excelentes propiedades de resistencia al desgaste y dureza. Al igual que

otros aceros al carbono medio, el 1144 se puede endurecer y tratar

térmicamente después de darles forma.

Propiedades físicas

El acero 1144 laminado en frío tiene una densidad de 7,87 gramos por

centímetro cúbico o de 0,284 libras por pulgada cúbica. Tiene un módulo de

cizallamiento de 80 GPa.

Propiedades mecánicas del acero laminado en caliente

Las planchas de acero laminadas en caliente se utilizan como placas de

armaduras para reforzar los puentes de acero. El acero laminado en caliente

es fabricado vertiendo el acero fundido y caliente en lingotes grandes y

enrollándolo cuando se enfría para mejorar las características de rendimiento

del metal. Mientras se enrolla el acero, el material se refuerza debido al

aumento de la densidad estructural.

El proceso de manufactura

Acero laminado en caliente difiere del acero laminado en frío en que se

enrolla y se forma mientras que aún en un estado fundido. El mineral de

hierro se funde y se purifica en grandes cucharones. Luego, metales de

aleación como carbono, magnesio, tungsteno, etc. se mezclan en la solución

fundida para mejorar las características de uso finales.

Rendimiento a la tracción

El rendimiento a la tracción es una medida de la presión a la que el material

se deforma permanentemente y pierde su forma. El acero tiene una

elasticidad limitada y se estira y se comprime bajo una presión menor sin

perder permanentemente su forma.

Punto máximo de resistencia a la tracción

La resistencia a la tracción es una medida de la presión a la que una sola

pieza de material va a sufrir una rotura y va a estallar o quebrarse en varias

piezas. Este momento de rotura es importante para los ingenieros cuando

diseñan aplicaciones que se someten a esfuerzos dinámicos, como las

planchas en un barco trasatlántico.

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES:

Determinar las propiedades mecánicas del acero laminado al calor y

laminado al frio mediante esfuerzos de tracción.

Interpretar los datos obtenidos mediante el análisis de diagrama

esfuerzo unitario vs deformación especifica.

Encontrar las diferencias de las probetas ensayadas en función de los

resultados obtenidos.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Verificar que se cumpla la ley de Hooke, encontrar el módulo de

elasticidad y señalar dicha zona.

Identificar las zonas debido al comportamiento del material, así como

sus límites correspondientes.

MATERIALES Y EQUIPOS

MATERIALES:

Acero laminado al calor

Acero laminado al frio

EQUIPOS:

Máquina Universal 30 Ton.

Apreciación: ±1 Kg

Calibrador

Apreciación: ± 0.05mm

Compas de porcentaje

Apreciación: ± 1%

Deformimetro Lineal

Acero laminado al calor

Apreciación: ±𝟏 ∙ 𝟏𝟎−𝟐𝒎𝒎

Deformimetro Lineal

Acero laminado al frio

Apreciacion: ±𝟏 ∙ 𝟏𝟎−𝟐𝒎𝒎

PROCEDIMIENTO:

Reconocimiento de cada una de las probetas con las que vamos a

realizar el ensayo sea acero laminado al calor y laminado al frío.

Determinar la capacidad y apreciación de cada equipo a utilizar.

Por medio del calibrador determinar las dimensiones (a, b, Lm) de las

muestras a ensayarse.

Colocar en la máquina todos los equipos necesarios para realizar los

ensayos correspondientes con cada uno de los materiales

Colocar el acero laminado al calor con el deformimetro lineal en la

maquina universal.

Realizar el mismo procedimiento anterior para el acero laminado al

frio.

Observar cual es la carga máxima a la cual falla la muestra y ubicar en

su respectivo cuadro de datos.

Analizar cada uno de los cambios y fallas que tiene el material al ser

sometido a esta carga.

Identificar las longitudes finales que tiene cada material

Cada material tiene diferente resistencia y al observar podemos

proceder a escribir los datos que nos da la maquina universal.

Ubicar los datos que nos devuelve realizando una tabla de datos.

Realizar el respectivo gráfico de esfuerzo vs deformación para cada

material ensayado.

TABLA ACERO LAMINADO AL CALOR

N

CARGA DEFORMACION AREA ESFUERZO DEFORMACION

ESP.

P P A

Kg N % Mpa mm/mm

1 0 0 0 228 0 0

2 500 4905 2 228 21,5131579 0,0001

3 1000 9810 9 228 43,0263158 0,00045

4 1500 14715 10 228 64,5394737 0,0005

5 2000 19620 11 228 86,0526316 0,00055

6 2500 24525 14 228 107,565789 0,0007

7 3000 29430 16 228 129,078947 0,0008

8 3500 34335 17 228 150,592105 0,00085

9 4000 39240 21 228 172,105263 0,00105

10 4500 44145 23 228 193,618421 0,00115

11 5000 49050 25 228 215,131579 0,00125

12 5500 53955 27 228 236,644737 0,00135

13 6000 58860 28 228 258,157895 0,0014

14 6500 63765 31 228 279,671053 0,00155

15 7000 68670 33 228 301,184211 0,00165

16 7300 71613 60 228 314,092105 0,003

17 7320 71809,2 70 228 314,952632 0,0035

18 7270 71318,7 80 228 312,801316 0,004

19 7310 71711,1 90 228 314,522368 0,0045

20 7260 71220,6 100 228 312,371053 0,005

21 7300 71613 110 228 314,092105 0,0055

22 7320 71809,2 120 228 314,952632 0,006

23 7360 72201,6 130 228 316,673684 0,0065

24 7360 72201,6 140 228 316,673684 0,007

25 7310 71711,1 150 228 314,522368 0,0075

26 7380 72397,8 160 228 317,534211 0,008

27 7380 72397,8 170 228 317,534211 0,0085

28 7340 72005,4 180 228 315,813158 0,009

29 7420 72790,2 190 228 319,255263 0,0095

30 7480 73378,8 200 228 321,836842 0,01

31 7480 73378,8 210 228 321,836842 0,0105

32 7450 73084,5 220 228 320,546053 0,011

33 7490 73476,9 230 228 322,267105 0,0115

34 7840 76910,4 240 228 337,326316 0,012

35 9290 91134,9 2000 10 228 399,714474 0,1

∆ 𝜎 𝜀

1 ∙ 10−2𝑚𝑚 𝑚𝑚2

36 9420 92410,2 2400 12 228 405,307895 0,12

37 9530 93489,3 2800 14 228 410,040789 0,14

38 10230 100356,3 3200 16 228 440,159211 0,16

39 10530 103299,3 3600 18 228 453,067105 0,18

40 10570 103691,7 4000 20 228 454,788158 0,2

41 8650 84856,5 5800 29 228 372,177632 0,29

TABLA ACERO LAMINADO AL FRIO

N

CARGA DEFORMACION AREA ESFUERZO DEFORMACION

ESP.

P P A

Kg N % Mpa mm/mm

1 0 0 0 29,22 0 0

2 250 2452,5 8 29,22 83,9322382 0,000314961

3 500 4905 17 29,22 167,864476 0,000669291

4 750 7357,5 27 29,22 251,796715 0,001062992

5 1000 9810 36 29,22 335,728953 0,001417323

6 1250 12262,5 46 29,22 419,661191 0,001811024

7 1500 14715 56 29,22 503,593429 0,002204724

8 1750 17167,5 68 29,22 587,525667 0,002677165

9 2000 19620 77 29,22 671,457906 0,003031496

10 2250 22072,5 106 29,22 755,390144 0,004173228

11 2390 23445,9 160 29,22 802,392197 0,006299213

12 2400 23544 200 29,22 805,749487 0,007874016

13 2420 23740,2 300 29,22 812,464066 0,011811024

14 2350 23053,5 400 29,22 788,963039 0,015748031

15 2420 23740,2 500 29,22 812,464066 0,019685039

16 2430 23838,3 600 29,22 815,821355 0,023622047

17 1310 12851,1 707,62 29,22 439,804928 0,027859055

∆ 𝜎 𝜀

1 ∙ 10−2𝑚𝑚 𝑚𝑚2

DIAGRAMA ACERO LAMINADO AL CALOR

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

Esfu

erz

o U

nit

ario

Deformacion Especifica

Diagrama Esfuerzo Unitario vs Deformacion Especifica

Series1

Limite de Proporcionalidad (301.2 MPa)

Limite de Fluencia (337.3 MPa)

Limite de elasticidad (314.1MPa)

Esfuerzo Maximo (454.8 MPa)

Esfuerzo de ruptura (372.2 MPa)

Zona de elasticidad

Zona de Fluencia

Zona de endurecimiento

Zona de ahorcamiento

DIAGRAMA ACERO LAMINADO AL FRIO

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

Esfu

erz

o U

nit

ario

Deformacion Especifica

Diagrama Esfuerzo Unitario vs Deformacion Especifica

Series1

Zona de elasticidad

Zona de fluencia

Zona de endurecimiento

Zona de ahorcamiento

Limite de fluencia Esfuerzo Maximo

Esfuerzo de ruptura

LINEA DE TENDENCIA ACERO LAMINADO AL CALOR

Y = 173492 X

σ = 173492Mpa ∙ ε

y = 173492x

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002

Esfu

erz

o U

nit

ario

Deformacion Especifica

Linea de Tendencia

Series1

Linear (Series1)

CALCULOS TIPICOS

TRACCION ACERO LAMINADO AL CALOR

Área de aplicación

A = b ∙ h

A = 38mm ∙ 6mm

A = 228 mm2

Esfuerzo Máximo

σ =Pmax

A

σ = 10570kg ∙ 9.81

ms2

228mm2

σ = 454.78 Mpa

Deformación de ruptura

ε =∆l

l0

ε =5800 ∙ 10−2𝑚𝑚

20000 ∙ 10−2𝑚𝑚

ε = 0.29mm

mm

Módulo de elasticidad

E = ∆σ

∆ε

E =301.18 MPa

0.00165

E = 182533.33 MPa

Ductilidad

ε =∆l

l0∙ 100

ε =5800 ∙ 10−2𝑚𝑚

20000 ∙ 10−2𝑚𝑚∙ 100

ε = 29 %

29% > 5% El material es ductil

Energía Elástica

U =PE ∙ ∆E

2

U = 0.5 ∙ (7000kg ∙ 9.81m

s2) ∙ (3.3 ∙ 10−4m)

U = 11.33 J

Numero de merito

Nm = Pm ∙ ∆R

Nm = (10570kg ∙ 9.81m

s2) ∙ (0.058m)

Nm = 6014.11 J

TRACCION ACERO LAMINADO AL FRIO

Área de aplicación

𝐴 = 𝜋 ∙ 𝑟2

𝐴 = 𝜋 ∙ 3.05𝑚𝑚2

𝐴 = 29.22 𝑚𝑚2

Esfuerzo Máximo

𝜎 =𝑃𝑚𝑎𝑥

𝐴

𝜎 = 2430𝑘𝑔 ∙ 9.81

𝑚𝑠2

29.22𝑚𝑚2

𝜎 = 815.82 𝑀𝑝𝑎

Deformación de ruptura

𝜀 =∆𝑙

𝑙0

𝜀 =707.62 ∙ 10−2𝑚𝑚

25400 ∙ 10−2𝑚𝑚

𝜀 = 0.0278𝑚𝑚

𝑚𝑚

Módulo de elasticidad

𝐸 = ∆𝜎

∆𝜀

𝐸 =671.45 𝑀𝑃𝑎

0.00303

𝐸 = 221600 𝑀𝑃𝑎

Ductilidad

ε =∆l

l0∙ 100

ε =707.62 ∙ 10−2𝑚𝑚

25400 ∙ 10−2𝑚𝑚∙ 100

ε = 2.78 %

2.78% < 5% El material es fragil

Numero de merito

𝑁𝑚 = 𝑃𝑚 ∙ ∆𝑅

𝑁𝑚 = (2430𝑘𝑔 ∙ 9.81𝑚

𝑠2) ∙ (7.0762 ∙ 10−3𝑚)

𝑁𝑚 = 168.68 𝐽

CONCLUSIONES

CONCLUSIONES GENERALES:

La ductilidad del acero laminado al calor es de 29% mayor al 5 % por tal

razón es un material dúctil y se verifica en su comportamiento donde sufre

una mayor deformación de 58 mm antes de la ruptura

El acero laminado al frio es un material frágil pero de alta resistencia su

ductilidad es de un 2.78% y su esfuerzo máximo es 815.82 MPa

El material dúctil acero laminado al calor cumple con la Ley de Hooke, y

viene dada por la ecuación 𝜎 = 173492𝜀

En el diagrama del acero laminado al calor se aprecia de forma clara las

propiedades mecánicas en especial las zonas de elasticidad, fluencia,

endurecimiento y ahorcamiento. En la zona de elasticidad el esfuerzo es

directamente proporcional a la deformación y una constante el módulo de

elasticidad obtenido a través de una línea de tendencia, la zona de fluencia

tiene la característica de que existe poca diferencia de esfuerzo, y ahora el

material se comporta de forma inelástica, en la zona de endurecimiento se

observa que ya no es de forma lineal más bien continua en forma de una

parábola cóncava hacia abajo y allí está el esfuerzo máximo que soporta el

material, por último la zona de ahorcamiento que es decreciente y llega al

punto de esfuerzo de ruptura donde el material falla.

El diagrama del acero laminado al frio en cambio no tiene fluencia y se

observa que a menos deformación hay más esfuerzo algo propio de este

material, su límite de elasticidad y zona de fluencia puede ser obtenida por

el método de corrimiento, también posee un esfuerzo máximo y esfuerzo de

ruptura.

CONCLUSIONES ESPECÍFICAS

El acero laminado al calor se deforma considerablemente siendo una de

sus características principales, pero es menos resistente que el acero

laminado al frio.

El ensayo de tracción es un ensayo relativamente sencillo que nos permite

medir la carga máxima a la que una muestra está sometida, esta carga

provoca que el material falle. En este ensayo se trabaja manteniendo la

deformación constante, siendo la carga aplicada, o resistida, lo que varía y

produce la forma de la curva esfuerzo-deformación.

El acero por poseer propiedades físicas y mecánicas únicas es un material

utilizado para realizar proyectos estructurales que demandan cargas altas y

garantizando seguridad, en este ensayo se pudo observar que la carga a la

que se somete el acero es una carga axial, por lo que hace que la carga se

distribuya de manera uniforme sobre el área aplicada a la probeta

RECOMENDACIONES:

Se debe tratar de tomar las medidas de forma exacta y precisa para

disminuir el error en la práctica por ser datos de laboratorio

Para este tipo de ensayo se requiere tomar muy en cuenta la normativa

establecida ASTM 4-370 y la Norma Técnica Ecuatoriana INEN 2 167

BIBLIOGRAFIA:

https://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/09/ensayos.pdf

http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm02/fcm2_2.html

http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/10/ensayo-de-traccion-del-acero.html

ANEXOS

PREPARACION DE LAS PROBETAS A ENSAYAR

Laminado al calor Laminado al frio

ACERO LAMINADO AL CALOR

Antes del ensayo Después del ensayo

ACERO LAMINADO AL FRIO

Antes del ensayo Después del ensayo

NORMA TECNICA ECUATORIANA NTE INEN 2 167