LABORATORIO 2.docx

7/21/2019 LABORATORIO 2.docx

http://slidepdf.com/reader/full/laboratorio-2docx-56dafc33b44a0 1/14

1. OBJETIVOS:

Analizar el comportamiento de los diversos materiales metálicos al ser sometidos aun esfuerzo de tensión uniaxial.

Estudiar las curvas que se obtienen mediante el esfuerzo aplicado (tracción) vs la

deformación unitaria (alargamiento) de las distintas probetas a utilizar como son: elaluminio, el cobre, el bronce, el acero SAE(!,"#) $ el acero SAE(!,%!) Analizar del porque el esfuerzo de in&enier'a es li&eramente ma$or que el esfuerzo

real. onocer los efectos producidos en un determinado material al ser sometido a una

car&a, mediante su &ráfica Esfuerzo vs. eformación. Entender la importancia del *ensa$o de tracción+ para la selección de los diferentes

tipos materiales con el fin de obtener as' un meor rendimiento del trabao arealizar.

onocer los conceptos teóricos $ prácticos que nos permitan determinar laspropiedades que poseen los distintos materiales.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO:

2.1. ENSAYO DE TRACCIÓN:

El ensayo de tracción es uno de los ensa$os más empleados, $a que consiste ensometer a una probeta normalizada a esfuerzos pro&resivos $ crecientes de tracción,-asta que en ella se produzca una deformación $ una ruptura correspondiente.El ensa$o de tracción se utiliza para evaluar la resistencia de metales $ aleaciones. Eneste ensa$o, una muestra de metal se estira a velocidad constante -asta que seproduzca la ruptura el cual se obtiene en un tiempo relativamente corto.En un ensa$o de tracción pueden determinarse diversas caracter'sticas de los

materiales elásticos, tales como:A. MÓDULO DE ELASTICIDAD O MÓDULO DE YOUNG:

Es un parámetro que caracteriza el comportamiento de unmaterial elástico, se&n la dirección en la que se aplica unafuerza. /ara un material elástico lineal e isotrópico, el modulode 0oun& tiene el mismo valor para una tracción que para unacompresión, siendo una constante independiente del esfuerzosiempre que no exceda de un valor máximo denominado limiteelástico, $ es siempre ma$or que cero: si se tracciona unabarra, aumenta de lon&itud, no disminu$e. Este comportamiento

fue observado $ estudiado por el cient'fico in&l1s 2-omas0oun&.2anto el módulo de 0oun& como el l'mite elástico son distintospara los diversos materiales. El módulo de elasticidad es unaconstante elástica que, al i&ual que el l'mite elástico, puedeencontrarse emp'ricamente con base al ensa$o de traccióndel material. Además de 1ste módulo de elasticidadlon&itudinal puede definirse en un material el modulo deelasticidad transversal.

MATERIALES ISÓTROPOS:

• Materiae! i"eae!:

ia&rama tensión3deformación:el módulo de 0oun& es tan&enteen cada punto. /ara materialescomo el acero resultaaproximadamente constantedentro del l'mite elástico.



omo se -a explicado para un material elástico lineal el módulo de elasticidadlon&itudinal es una constante (para valores de tensión dentro del ran&o dereversibilidad completa de deformaciones). En este caso su valor se define medianteel coeficiente de la tensión $ de la deformación que aparecen en una barra rectaestirada que est1 fabricada en el material para el cual pretendemos estimar el módulode elasticidad:

E=σ

ε=

F

S

ΔL

L

onde:E: es el módulo de elasticidad lon&itudinal.σ: es la presión eercida sobre el área de sección transversal del obeto.ε: es la deformación unitaria en cualquier punto de la barra.

4a ecuación anterior se puede expresar tambi1n como:

σ = E . ε

/or lo que dadas dos barras o prismas mecánicos &eom1tricamente id1nticos pero demateriales elásticos diferentes, al someter a ambas barras a deformaciones id1nticas,se inducirán ma$ores tensiones cuanto ma$or sea el módulo de elasticidad. e modoanálo&o, tenemos que sometidas a la misma fuerza, la ecuación anterior rescritacomo:

ε=σ

E

nos dice que las deformaciones resultan menores para la barra con ma$or módulo deelasticidad. En este caso, se dice que el material es más r'&ido.

Materiae! "# i"eae!:uando se consideran ciertos materiales, como por eemplo el cobre, donde la curvade tensión3deformación no tiene nin&n tramo lineal, aparece una dificultad $a que nopuede usarse la expresión anterior. /ara ese tipo de materiales no lineales puedendefinirse ma&nitudes asimilables al módulo de 0oun& de los materiales lineales, $a quela tensión de estiramiento $ la deformación obtenida no son directamenteproporcionales./ara estos materiales elásticos no3lineales se define al&n tipo de módulo de 0oun&

aparente. 4a posibilidad más comn para -acer esto es definir el módulo de elasticidadsecante medio, como el incremento de esfuerzo aplicado a un material $ el cambiocorrespondiente a la deformación unitaria que experimenta en la dirección deaplicación del esfuerzo:

Esec= Δσ

Δε

onde:Esec: es el módulo de elasticidad secante.Δσ: es la variación del esfuerzo aplicadoΔε: es la variación de la deformación unitaria

4a otra posibilidad es definir el módulo de elasticidad tan&ente:



Etan= lim

Δε⟶0

Δσ

Δε=dσ

dε

B. LIMITE DE FLUENCIA:

El l'mite de fluencia es la zona máxima en la cual el modulo de0oun& es constante. 2ambi1n es la zona l'mite a partir de la cual elmaterial se deforma plásticamente.2ambi1n denominado límite elástico aparente, indica la tensión quesoporta una probeta del ensa$o de tracción en el momento deproducirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este fenómenotiene lu&ar en la zona de transición entre las deformacioneselásticas $ plásticas $ se caracteriza por un rápido incremento de ladeformación sin aumento apreciable de la car&a aplicada.

F$e"%ia:4a fluencia o cedencia es la deformación brusca de la probetasin incremento de la car&a aplicada que se puede lle&ar aproducir en el ensa$o de tracción (al&unos materiales noexperimentan fluencia). El fenómeno de fluencia se da cuandolas impurezas o los elementos de aleación bloquean lasdislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento,proceso mediante el cual el material se deforma plásticamente. Alcanzado el l'mite de fluencia se lle&an a liberar lasdislocaciones, produci1ndose una brusca deformación. 4a

deformación en este caso tambi1n se distribu$e uniformementea lo lar&o de la probeta pero concentrándose en las zonas en las que se -a lo&radoliberar las dislocaciones (bandas de 4uders). 5o todos los materiales presentan estefenómeno en cu$o caso la transición entre la deformación elástica $ plástica delmaterial no se aprecia de forma clara.Se aprecia &ráficamente en la curva tensión3deformación obtenida tras el ensa$o detracción: el periodo de fluencia en la zona %.

C. LIMITE EL&STICO:

El '(ite e)!ti%#, tambi1n denominado '(ite *e ea!ti%i*a*, es la tensión máximaque un material elástico puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes. Si se

aplican tensiones superiores a este l'mite, el material experimenta deformacionespermanentes $ no recupera su forma ori&inal al retirar las car&as. En &eneral, unmaterial sometido a tensiones inferiores a su l'mite de elasticidad es deformadotemporalmente de acuerdo con la le$ de 6oo7e.4os materiales sometidos a tensiones superiores a su l'mite de elasticidad tienen uncomportamiento plástico. Si las tensiones eercidas continan aumentando el materialalcanza su punto de fractura. El l'mite elástico marca, por tanto, el paso del campoelástico a la zona de fluencia. 8ás formalmente, esto comporta que en una situaciónde tensión uniaxial, el l'mite elástico es la tensión admisible a partir de la cual se entraen la superficie de fluencia del material.

S$+er,i%ie *e ,$e"%ia:



4a superficie de fluencia de un material es una construcciónabstracta que permite visualizar el conunto de tensionesposibles o admisibles dentro de un sólido deformableelastoplastico.El estado tensional de un sólido deformable puedecaracterizarse mediante tres valores de tensión se&n tresdirecciones perpendiculares conocidas como tensiónprincipales de tensión. /or eso as' el estado tensional en esepunto puede representarse por un espacio tridimensional 9. 4a !$+er,i%ie *e,$e"%ia es una superficie bidimensional en dic-o espacio de tensiones.uando un sólido deformable se somete a tensiones pro&resivamente ma$ores, laener&'a potencial elástica se incrementa $ a partir de cierto punto se producentransformaciones termodinámicas irreversibles al superar dic-a ener&'a cierto valor. Elconunto de puntos por debao de los cuales no se producen transformacionestermodinámicas irreversibles es el conunto de tensiones admisibles es una re&iónconexa del espacio de tensiones. 4a frontera de la re&ión de tensiones admisibles esprecisamente superficie de fluencia.

Pr#+ie*a*e! *e a !$+er,i%ie *e ,$e"%ia: Convexidad : ;ao ar&umentos termodinámicos puede probarse que, 4a superficie

de fluencia es convexa. Compacidad : 4a superficie de fluencia se considera cerrada $ por tanto encierra un

volumen finito. 0 por tanto el conunto de tensiones alcanzables es siempre unconunto compacto.

Continuidad : 4a superficie de fluencia se considera que es 4ips-itz3continua. Unicidad del problema elastoplástico: uando la superficie no es diferenciable el

problema elastoplástico puede ser tratado mediante m1todos variacionales. ;aocondiciones suficientemente re&ulares puede probarse que la solución delproblema elastoplástico, aun cuando la superficie no sea diferenciable, es nica.

Pa!ti%i*a* +er,e%ta:<n material elastoplástico se dice que presenta plasticidad perfecta, si sea cual sea elvalor de las tensiones en un punto, la superficie de fluencia no cambia ni de forma nide posición en el espacio abstracto de tensiones. uando un material presentaplasticidad perfecta las ecuaciones constitutivas no necesitan incluir variables internasni esfuerzos conu&ados asociados $ el problema elastoplástico es más sencillo.4os materiales reales sin embar&o casi siempre presentan plasticidad imperfecta, $ lasuperficie de fluencia puede sufrir desplazamientos, tal como sucede en el efecto;ausc-in&er. 4os cambios de forma, &eneralmente están asociados al comportamientode endurecimiento, aumentando en ese caso el volumen encerrado en la superficie de

fluencia.D. RESISTENCIA A LA TRACCIÓN:

Es la máxima tensión a la que se alcanza en la curva de tensión deformación .si laprobeta desarrolla un decrecimiento localizado de la sección transversal (comnmentellamada estricción), la tensión convencional decrecerá con el incremento de ladeformación -asta producirse la fractura, porque la deformación convencional sedetermina utilizando el área ori&inal de la sección transversal de la probeta.

2.2. PROBETA:



4a probeta en el ensa$o de tracción se sostiene por los dos extremos, a la vez queuna fuerza de tracción se aplica a velocidad constante= obteni1ndose la curva tensión3deformación:

-. EUIPO E INSTRUMENTOS:

• 8aquina medidora de esfuerzo 2racción

Esquema de la máquina universal A8S4E9 para ensa$os de tracción, compresión,flexión $ doblado de diversos materiales

• 4o > 4on&itud inicial•

So > Sección inicial• o > iámetro inicial/robetas normalizadas:



. /uente de trabao.%. 2irantes de unión.. ilindro operador.". /uente fio.#. olumna.?. /uente de tracción.@. ;ancada.. Bmbolo.C. Apo$os para la

prueba de flexión.!. 6ilo.

. Darilla del p1ndulo.%. ontrapeso.. /alanca del

dinamómetro.". 2irante.#. Bmbolo de

accionamiento deldinamómetro.

?. ilindro deldinamómetro.

@..

• <n vernier (pie de re$)C.

%!.%.

• inco probetas metálicas%%.

%.

%".• <n papel milim1trico

%#.

%?.



%@.%.%C.!..%..".#.?.@..

/. PROCEDIMIENTO:C.

e cada probeta re&istraremos su lon&itud $ diámetro inicial."!.".

"%.".""."#."?."@."."C.#!.#.#%.

olocar la probeta en la máquina A8S4E9, suetada por

mordazas en cada extremo.#.

#".##.

En el tambor que posee la máquina de A8S4E9, secolocará un papel milimetrado para poder as' obtener las&raficas de esfuerzodeformación.#?.#@.

#.#C.



?!.?.?%.?.?".?#.??.?@.?.?C.@!.@.@%.@.

Al lado del tambor se encuentra un dinamómetro, el cual nosindicará como va aumentando la car&a mientras transcurre eltiempo. 4a a&ua ne&ra nos indicará la car&a máxima para

dic-o material a examinar, cuando 1ste se -a$a quebrado.@".@#.@?.@@.@.@C.!..%..".

#[email protected].

4ue&o de -aberse quebrado el material, en el papelmilimetrado se obtendrá una curva que indicará elcomportamiento del material en función de la car&a $ ladeformación.C!.

C.C%.C.C".C#[email protected].

!!.!.!%.!.

!".!#.



espu1s de la ruptura de la probeta unir convenientementelas dos piezas para poder tomar las medidas del diámetrofinal $ lon&itud final, con el pie de re$.!?.!@.!.!C.!..%..".#[email protected].

%!. /roceso de la formación del *cuello+ en el materialal ser sometido a &randes esfuerzos:%.%%.%.%".%#.%?.%@.%.%C.!.

.%..

0. CALCULOS Y RESULTADOS:".#. onocemos las si&uientes ecuaciones:?.@.

a. EFG98AHG5 9EA4:.C.

εreal=ln

( A0

A f )"!.

b. EFG98AHG5 EH5IE5HE9HA:"."%.

εingenieria= Lf −l

0

L0

".c. ESF<E9JG 9EA4:

"".

"#. σ real= F

A0

"?.d. ESF<E9JG E

9</2<9A:"@.".

εruptura=ln ( Lf

L0)

"C.#!.#. atos

conse&uidos en el

laboratorio:#%.



e. 8K<4G E 0G<5I:#.

#". E=σ

ε

##.f. ES29HHK5:

#?.#@.

Ψ =( A0− A f

A0

) x100#.

&. 9EH4E5HA:#C.?!.

R=σ . ε

2 ⟶ R=

E . ε2

2

?.-. 2E5AHA:

?%.?.

T =( σ e+σ máx.

2 ). εmáx

?".?#.

??.



?@.

168.Carga

(Kg-f)

169.D0

(mm)

170.Df

171.L0

172.Lf

173.F

174.Fr 175.

A0

176.Af

177. Acero

A!(10"45)

178.5000

179.7

180.4"2 181.

24

182.32"

183.2

184.1

185.38"

484

186.14"

187. Acero

A!(10"20)

188.3000

189.6

190.3"8

191.24

192.35

193.1

194.1

195.28"

274

196.11"

197. Co#re

198.2000

199.6"8

200.5

201.26" 202.

35

203.1

204.1

205.

36"316

206.19"

207. $ro%ce

208.2000

209.6"2

5210.4"5

211.22"

212.26"

213.1

214.7

215.30"

679

216.15"

217. A&'m%o

218.1000

219.6

220.3"5

221.23

222.27"

223.5

224.3

225.28"

274

226.9"6

%%@.%%.%%C. atos calculados:%!.

231. ro#e*a

232.Defor

mac+%,ea&

233.Deformac

+% e/%ge%era

234.!f'

ero

,ea&

235.!f'er

oer'*'ra

236.o'&o

e o'%g(a)

237.!*r

cc+%

238.,ec

&e%ca

239. Acero

A!(10"45)

240.0"9964

3241.

0"3416

242.129"

9241

243.0"293

9

244.130"38

9

245.63"

0807

246.64"7

301

247. A

ceroA!(10"20)

248.

0"91193

249.

0"375

250.

106"10

251.

0"3772

252.

116"3515

253.

59"82

254.

48"379



45

52 9

255. Co#re

256.

0"61499

257.0"3358

258.55"0

7

21

259.

0"2895

260.

89"5495

261.45"

93

56

262.16"9

3

43

263. $ro%ce

264.0"6554

3265.

0"199

266.65"1

911

267.0"181

5

268.99"463

1

269.48"

0784

270.21"3

641

271. A&'m%

o

272.1"0779

9

273.

0"1956

274.35"3

68

1

275.0"178

6

276.32"809

3

277.65"

972

2

278.32"8

09

3%@C.

. CUESTIONARIO:%!.

. omo se determina las dimensiones de una probeta para realizar el ensa$o deatracción, &rafique.%.

• on a$uda del pie de re$ determinaremos la lon&itud $ el diámetro de la probetaantes $ despu1s de su uso.%%.%.

%".%#.%?.%@.%.%C.%C!.%C.%C%.%C.%C".%C#.

%C?.%C@.%C.%CC.!!.!.!%.!.!".!#.!?.!@.

%. Lu1 requisitos debe cumplir lue&o del ensa$o de tracción para considerar que sepuede tomar en cuenta los valores obtenidos.



!.• El punto de quiebre de la probeta debe ubicarse lo más cercano posible al punto

medio de la misma, $a que si no es as' se conclu$e en que esta presentabaimperfecciones.

• Lue el dinamómetro debe encontrarse en buen estado, puesto que este nos

indicara la fuerza de ruptura de la probeta.• 4a &rafica que se obtiene en los ensa$os, debe ser clara para que as' podamoscalcular los demás resultados necesarios $ compararlos.

. 9ealizando el ensa$o de tracción. Mómo se determina si una probeta es frá&il odctilN!C.!. <na forma para determinar la ductibilidad, que es la deformación que

puede soportar un material antes de romperse, es a trav1s del porcentae dereducción de área o conocido tambi1n como estricción, representada por lasi&uiente ecuación:

.

%. Ψ =

( A

0− A f

A0 )

x100

.314. abe mencionar tambi1n que un material es dctil siempre $ cuando el

porcentae de estricción el superior a los @O.#.

". MLu1 factores se deben tener en cuenta en el instante que se esta realizando elensa$o de atracciónN?.

• Al colocar las probetas en las mordazas, tratar de que la probeta tome unaposición lo más vertical posible para as' al momento de aplicar la car&a evite forma

desviaciones en los resultados, $a sea en la forma -orizontal $ vertical.• 2ambi1n se podr'an mencionar que se debe utilizar probetas que sean lo más

-omo&1neo posible $ que no ten&a demasiadas imperfecciones, si no se toma encuenta lo mencionado la probeta se romperá en una zona no mu$ cercana alcentro de la probeta (lo ideal ser'a que sea en el medio o mu$ cerca de ella).

• 4a velocidad debe ser m'nima para que as' no influ$a en los resultados delesfuerzo.@.

#. Es necesario tener los &ráficos del ensa$o sobre un papel milimetrado o sobre unpapel en blanco.C. El uso del papel milimetrado nos sirve como una &u'a de coordenadas

para poder determinar a trav1s de las proporciones la fuerza máxima $ lafuerza de ruptura, cabe mencionar que la efectividad del papel milimetrado essin duda una &ran a$uda= a diferencia del papel en blanco que no la posee, esono quiere decir que su uso es despreciable, $a que como nos relacionamos atrav1s de proporciones podemos -acer lo mismo con a$uda de una re&la, peroesta presentara már&enes de errores tal vez más &randes que la de un papelmilimetrado.

%!.. CONCLUSIONES:

%. El ensa$o de tracción por ser destructivo, no es aplicable a piezas acabadas, sin

embar&o las propiedades que se obtienen del análisis de los datos obtenidos son



mu$ tiles, pues estas nos a$udan a determinar: el modulo de 0oun&, el esfuerzode fluencia, la resistencia a la tensión.

4a resistencia a la tensión se puede calcular fácilmente a partir de la &ráfica,esfuerzo3deformación in&enier'a, siendo esta el punto máximo de la curva, en esteinstante se empieza a formar la estricción.

2ambi1n podemos obtener medidas de ductilidad en el ensa$o de tracción, 1stasson el porcentae de alar&amiento $ el porcentae de reducción de área transversal.<n material dctil tendrá una fractura en forma de copa, mientras que uno frá&iltendrá una fractura con poca reducción de área transversal.

El ensa$o de tracción debido a su alto &rado de aplicación en la industria, es mu$importante, $a que por este tipo de ensa$os uno puede determinar una de laspropiedades que es la resistencia a la tracción (máxima) para un determinadomaterial= $a que si este material no cumple con un m'nimo exi&ido, no se podrá-acer uso dentro de los distintos tipos de maquinarias o estructuras.

Iracias a este ensa$o $ a la obtención de las propiedades mecánicas quecorresponden, podemos saber o aproximar el tipo de material con el que se estátrabaando.

En el bronce la forma de la rotura fue distinta a las demás probetas pues en elbronce no se forma el llamado *cono bola+, teniendo como al final un área ma$or a las demás probetas, lo cual demuestra la menor plasticidad del bronce encomparación con las otras probetas.

En las &raficas (esfuerzo deformación unitaria), se observa que el acero SAE(!,"#) tiene una zona de proporcionalidad ma$or en comparación con las demásprobetas, lo que explica que a ma$or cantidad de carbono que conten&a un acerose necesitara de un ma$or esfuerzo para romperlo.%%.

3. RECOMENDACIONES:%.

Se su&iere colocar un material no mu$ pesado sobre el lápiz &raficador paraobtener una &rafica aceptable.

Se recomienda mantener el orden de las probetas para no confundir los datos. 2ratar de utilizar probetas lo que sean lo más -omo&1neo posible $ que no ten&a

demasiadas imperfecciones. 6a$ materiales que al -acer el ensa$o de tracción su &ráfica no tienen bien

definida su l'mite elástico o punto de fluencia, para ubicarlos se utiliza el m1todoconvencional (l'nea de desplazamiento).

Al colocar las probetas en las mordazas, tratar de que la probeta tome unaposición lo mas vertical posible para as' evitar desviaciones de los resultados sinose dará una aplicación de car&a en forma -orizontal $ vertical.

/ara leer con más claridad la zona de fluencia se puede &raduar la velocidad con

que se aplica la car&a, mediante una llave que tiene la maquina Amsler.%".

4. BIBLIOGRAF5A:

As7eland, . (%!!"). Ciencia e Ingeniería de los Materiales, cuarta edición,Editorial 2-ompson, 8adrid, EspaPa.

Smit- Q. Fundamentos de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Ed. 8c IraR36ill,8adrid EspaPa.

S-ac7elford . Ciencia de Materiales para Ingenieros, tercera edición. /rentice6all. 81xicoCC#.

Teiser arl. Técnicas de Laboratorios para pruebas de Materiales, Ed. 4imusa

Qile$.4aceras. Tecnología de los Materiales Industriales.

%#.

LABORATORIO 2.docx

Documents

Transcript of LABORATORIO 2.docx