UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA METALURGICA

ndice de Anisotropa.

Metalurgia Mecnica Laboratorio 1

Alumno Profesor Ctedra Profesor Laboratorio Fecha Experiencia Fecha Entrega

Felipe Pizarro Oscar Bustos Alfredo Artigas 26 de Abril 13 de Mayo

Resumen

1 Laboratorio Metalurgia Mecnica

Esta experiencia consisti en determinar la capacidad de embutibilidad de un acero laminado mediante un ensayo de traccin, hasta alcanzar una deformacin final del 15%, a una velocidad de 10[mm/min]. Para esto se determin las dimensiones de las probetas antes y despus de la deformacin del 15%, para luego determinar el ndice de Anisotropa plano y Normal. Se encontr que el acero tena buenas caractersticas de embutibilidad, con valores de los ndices de Anisotropa plano y Normal de 3.92 y 1.46 respectivamente y que adems el material formara orejas a 0 y 90.

ndice

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1. Introduccin 2. Objetivos 2 3. Base Terica 4. Procedimiento Experimental 8 5. Resultados 6. Discusiones 7. Conclusiones 8. Referencias

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1. IntroduccinEn la industria de la manufactura de alimentos, balas, envases y una enorme variedad de productos se debe invertir fuertemente en tecnologas que permitan

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competir en el mercado actual. De esta forma, la optimizacin de los procesos tiene una enorme importancia en la reduccin de costos de produccin y por lo tanto en la competitividad de la empresa. Un proceso de manufactura de gran importancia en la actualidad es el embutido de piezas, que es de gran exigencia para los materiales ya que deben ser deformados fuertemente y a altas velocidades. Generalmente este proceso esta asociado a la produccin en serie por lo tanto determinar que material es el apropiado para cada aplicacin de embutido es de vital importancia ya que una pieza defectuosa puede significar la prdida de una gran cantidad de productos o de materias primas durante la fabricacin. Con esta experiencia se busca determinar ciertas propiedades mecnicas del material las cuales permiten determinar cual ser su comportamiento durante el proceso de embutido.

2. Objetivos1. Determinar el ndice de Anisotropa Normal.

2. Determinar el ndice de Anisotropa Plano. 4 Laboratorio Metalurgia Mecnica

3. Base Terica- Anisotropa [1] La anisotropa de un material se relaciona con las diferencias en las propiedades mecnicas que presenta en distintas direcciones. Esto quiere decir que las

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propiedades de un material cambian en cuanto cambia la direccin de aplicacin a analizar, estos es: resistencia, lmite elstico, elongacin a rotura, etc. Estas diferencias, se explican en base al ordenamiento de los cristales en los materiales. - Textura Por textura se entender una orientacin determinada de la celda cristalina, con el objeto de entregar una informacin exacta acerca de las orientaciones existentes en un material. No es suficiente informar de un plano o una direccin solamente. En efecto, tal como puede apreciarse en las figuras 3.1.1 y 3.1.2, pueden existir dos texturas diferentes con un plano idntico, paralelo al plano de laminacin. Sin embargo, la direccin paralela a la direccin de laminacin, es distinta en cada caso, especficamente [100] en el primer caso y [110] en el segundo. Lo mismo puede acontecer respecto de la direccin, es decir, pueden existir dos texturas diferentes que contengan una direccin comn paralela a la direccin de laminacin, pero con un plano paralelo al plano de laminacin diferente. Por esta razn, para identificar completamente una componente de texturas, es preciso especificar un plano y una direccin. De aqu que la notacin ser (hkl) [uvw] en que (hkl) corresponde al plano paralelo al plano de laminacin y [uvw] corresponde a la direccin paralela a la direccin de laminacin.

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- ndice de Anisotropa normal r Para un material como el mostrado en la figura 3.1.3, en el que se aplica una carga capaz de producir deformacin plstica sobre una probeta, el ndice de anisotropa r se define como:

r=en que

w t

(1)

w corresponde a la deformacin en el ancho y t corresponde a la

deformacin en el espesor, tal como se muestra en la figura 3.1.3

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Fig. 3.1.3 Medicin ndice de Anisotropa normal r

Dado que r mide deformaciones en los ejes w y t, sus valores dependen del valor de estos Parmetros, de tal manera que:

ln( r= ln(

w0 ) wf l f wf l 0 w0

(2)

)

La relacin anterior muestra una manera sencilla y rpida de determinar r. En principio, basta un ensayo de traccin hasta alcanzar 10, 15, 20% de deformacin. Se mide el largo y el ancho iniciales y posteriormente se miden el largo y ancho finales una vez deformado el material. Este procedimiento se encuentra normalizado bajo la especificacin ASTM E-517. Dado que el ndice r informa de la anisotropa del material, la citada norma aconseja realizar la determinacin del ndice r sobre probetas cortadas a 0, 45 y 90 de la direccin de laminacin segn se muestra en al figura 3.1.4

Fig. 3.1.4 Forma de cortar probetas de laminacin

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A partir de las medidas anteriores es posible determinar r0, r45, r90 .A partir de estos valores se determina r promedio segn:

(3)

El valor de r indica la facilidad que posee un material para deformarse en un proceso de embuticin. En efecto, de acuerdo a la definicin de r dada por la ecuacin 1 un alto valor de r est relacionado con un alto valor de la deformacin en el plano (w) y con un bajo valor de deformacin a lo largo del espesor (t). De esto se desprende que para favorecer operaciones de embuticin exitosas, es preciso que se produzca el mximo de deformacin en el plano y un mnimo de deformacin en el sentido del espesor. Resulta claro que una gran deformacin en el sentido del espesor puede producir la rotura de material lo que conducira a una embuticin poco exitosa. En la figura 3.1.5 se muestra esquemticamente la influencia que tiene el valor del ndice de anisotropa en la embutibilidad de un material cualquiera.

Fig. 3.1.5 Diferentes tipos de embutibilidad posibles en un material

- ndice de Anisotropa plano

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Se define el ndice de anisotropa plano r como.

(4)

Este ndice da cuenta de la mayor o menor facilidad que posee un material para deformarse en el plano de laminacin. En efecto valores de r bajos suponen que r0 +r902r45. Esto significa que la deformacin a 0 y 90 grados es similar a la deformacin a 45, por lo que el material se deformar de manera homognea a lo largo de todas las direcciones. No se formarn orejas. Si r es menor que 0 la deformacin a 45 predomina sobre la deformacin de 0 y 90, por lo cual se formarn orejas a 45 y 135. Finalmente si r es mayor que cero la deformacin a 0 y 90 grados ser mayor que la deformacin a 45, por lo que se espera la formacin de orejas a 0 y 90. En la figura 1.3 se muestran los resultados de los ensayos de embuticin realizados sobre diversos materiales. Puede apreciarse que en los casos, que se forman orejas a 0 y 90 el r es positivo. En los casos que las orejas se forman a 45 el r es negativo. En los casos en que no se forman orejas el r es 0. Se muestra adems en la figura 3.1.6 , de manera esquemtica, el resultado en cuanto a la formacin de orejas, para materiales que forman orejas a 0 y 90 (izquierda), que no forma orejas (centro) y que forman orejas a 45 (derecha).

Fig. 3.1.5 Materiales que forman orejas

4. Procedimiento ExperimentalPara esta experiencia se utilizo 3 probetas, las cuales fueron cortadas en ngulos de 0, 45 y 90 con respecto a la direccin de laminacin. Todas de acero. Las

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medicines del rea transversal y largo inicial se hicieron mediante un pie de metro y un micrmetro. Adems se utiliz un extensmetro para medir la deformacin de la probeta durante el experimento. La maquina para deformar la probeta fue una Tinius & Olsen, la cual consiste en un cabezal fijo en la parte inferior un uno mvil en la parte superior, el movimiento de este lo produce una bomba hidrulica cuya capacidad mxima es de 30 Ton. Las probetas se fijan en la maquina por medio de mordazas. Toda la informacin es recibida por el software UTM, que controla el procedimiento del experimento y adems fijas las condiciones en que este se lleva a cabo. Las medicines echas por el software son en base a un sensor de presin de aceite que opera en la bomba de la maquina. El procedimiento experimental fue el siguiente: Se midi el ancho y espesor de cada probeta de manera de determinar el rea transversal, la cual fue ingresada al software de la maquina para determinar el esfuerzo ejercido. Se dibujo dos lneas en la parte central de cada probeta a una distancia de 50[mm]. Se fijo la probeta a la maquina con las mordazas y sobre ella se coloco el extensmetro, para medir la deformacin experimentada. Se deform cada probeta a una velocidad de 10[mm/min]. Se dio comienzo a la maquina hasta producir una deformacin, en cada probeta, del 15%. Una vez lograda la deformacin del 15%, se retiro cada probeta y se midio las dimensiones finales de largo, espesor y ancho.

5. ResultadosSe deform en la direccin vertical 3 probetas, cada una fue obtenida con ngulos de 0, 45 y 90 con respecto a la direccin de laminacin. Los resultados son los siguientes:

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Probeta Largo Inicial [mm] Espesor [mm] Ancho [mm] Probeta Largo Final [mm] Espesor [mm] Ancho [mm]

0 50 0.78 12.15 0 57.5 0.75 10.85

45 50 0.8 12.25 45 57.25 0.75 11.05

90 50 0.79 12.2 90 56.6 0.76 11

Segn la ecuacin (2) el ndice de anisotropa r para cada probeta es: 0 45 90 r 4.25 3.19 5.06

Entonces, segn la ecuacin (3) tenemos que_

r=

4.25 + 2 * 3.19 + 5.06 = 3.92 4

Segn la ecuacin (4) tenemos que:_

r =

4.25 2 * 3.19 + 5.06 = 1.46 2

6. Discusiones

r r_

_

3.92 1.46

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Segn la definicin del ndice de Anisotropa normal dada en la ecuacin (1), el alto valor encontrado indica que el material tiene una gran capacidad de deformacin en el ancho (w), sin generar una deformacin muy marcada en el espesor (t), lo cual indica que este material posee una gran capacidad de embutibilidad. Adems como el valor del ndice de Anisotropa plano es mayor que cero, la deformacin a 0 y 90 ser mayor que la deformacin a 45, por lo que se espera que se formen orejas a 0 y 90. Sin embargo, dado que el valor del ndice de Anisotropa plano es mucho mayor que cero se tendr una marcada formacin de orejas a la hora de embutir, lo cual se traduce en perdidas de material, pero como el ndice de Anisotropa normal es bastante mayor que 1 se puede decir que la embutibilidad del material es buena, aun si se considera el valor del ndice de Anisotropa plano.

7. Conclusiones1. El valor promedio del ndice de Anisotropa normal fue 3.92 2. EL valor del ndice de Anisotropa plano fue 1.46 3. EL material tiene una buena capacidad de embutibilidad 4. Se formaran orejas a 0 y 90

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8. Referencias1. Alberto Monsalve, Metalurgia Mecnica, Captulo 1.

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