laboratorio de dureza, acero 1020, acero A36 y fundición de hierro.

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UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Laboratorio de materiales Impacto

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UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERLaboratorio de materiales

Impacto

OBJETIVO

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Observar el comportamiento y calcular la resistencia de probetas metálicas bajo la acción de cargas dinámicas.

DEFINICIONES:

Impacto: resistencia que opone un material a la penetración dinámica de un material más duro se mide por la energía adsorbida por el material en el instante de su rotura.

Fuerza de impacto: relación entre la energía adsorbida por un material en el instante de rotura y el área resistente.

Energía por frotamiento: energía adsorbida por la maquina al vencer la fricción que presenta el aire y el cojinete en los apoyos

MARCO TEORICO

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El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados.

Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un 98%), su fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en acero.

Zona de los aceros (hasta 2% de carbono) del diagrama de equilibrio metaestable hierro-carbono. Dado que en los aceros el carbono se encuentra formando carburo de hierro se han incluido en abscisas las escalas de los porcentajes en peso de carbono y de carburo de hierro (en azul).

Tipos de acero

Acero estructural:Es el material estructural más usado para construcción de estructuras en el mundo. Es fundamentalmente una aleación de hierro (mínimo 98 %), con contenidos de carbono menores del 1 % y otras pequeñas cantidades de minerales como manganeso, para mejorar su resistencia, y fósforo, azufre, sílice y vanadio para mejorar su soldabilidad y resistencia a la intemperie. Es un material usado para la construcción de estructuras, de gran resistencia, producido a partir de materiales muy abundantes en la naturaleza. Entre sus ventajas está la gran resistencia a tensión y compresión y el costo razonable.

A pesar de la susceptibilidad al fuego y a la intemperie es el material estructural más usado, por su abundancia, facilidad de ensamblaje y costo razonable; en Colombia su mayor uso

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como material estructural ha correspondido a las varillas usadas en el concreto reforzado y a los perfiles livianos usados en estructuras de techos.

Aceros ingenieriles: En este grupo se incluyen teóricamente todos los aceros que pueden emplearse para la fabricación de herramientas. Sin embargo, en la práctica, la aplicación de este término queda limitada a los aceros especiales de gran calidad utilizados en la fabricación de útiles o herramientas destinados a trabajar los materiales por corte o por presión.

Hay diversos procedimientos que pueden servir para agrupar los aceros de herramientas. Uno de ellos los clasifica en función del medio de temple utilizado: así se tiene aceros de temple en agua, aceros de temple en aceite y aceros de temple al aire. El contenido en elementos de aleación también puede servir para agrupar los aceros, y en función de él se dividen en aceros de herramientas al carbono, aceros de baja aleación y aceros de aleación media. Finalmente, u en función de la aplicación que van a tener, se clasifican en aceros rápidos y aceros para trabajos en frío.

Fundiciones: Las fundiciones son aleaciones hierro-carbono donde el contenido de carbono varía entre 2,14% y 6,67% (aunque estos porcentajes no son completamente rígidos). Comúnmente las más usadas están entre los valores de 2,5% y 4,5%, ya que las de mayor contenido de carbono carecen de valor práctico en la industria. Además de hierro y carbono, lleva otros elementos de aleación como silicio, manganeso, fósforo, azufre y oxígeno.

Seguirán el diagrama de equilibrio estable (Fe-C) (o su porción Fe-Fe3C) o metaestable dependiendo de distintos factores, principalmente de si se produce o no la grafitización.

Obtienen su forma definitiva por colada industrial, permitiendo la fabricación con relativa facilidad de piezas de grandes dimensiones y pequeñas complicadas. Son más baratas que los aceros y de fabricación más sencilla por emplearse instalaciones menos costosas y realizarse la fusión a temperaturas más bajas (además son fáciles de mecanizar). Actualmente, se fabrican fundiciones con excelentes propiedades mecánicas, haciéndole la competencia a los aceros tradicionales.

Se dividen en dos tipos:

Fundiciones grises:

Presentan el carbono en forma de grafito laminar. Suelen estar aleados con silicio (elemento muy grafitizante). Una lenta velocidad de enfriamiento favorece la formación de una fundición gris ya

que la lentitud en las reacciones favorece que se formen los constituyentes más estables: la cementita se transforma en ferrita y grafito (grafitización). Son fácilmente mecanizables ya que el grafito favorece la salida de la viruta.

Fundiciones blancas:

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El carbono aparece en forma de cementita. La cantidad de silicio es mínima. La velocidad rápida de enfriamiento favorece la formación de la cementita. Tienen una alta resistencia mecánica y dureza, pero también gran fragilidad

(propiedades debidas a la cementita), por lo que son difíciles de mecanizar.

FORMULAS

ET=E e

ET : Energía total

Ee: Energía del ensayo

Ei=Ee−E f

E f : Energía de fricción

Ei: Energía de impacto

τ i=E iA

τ i: Esfuerzo de impacto [Kg∗mcm2 ]

σ i=E iA

σ i: Esfuerzo normal de impacto [Kg∗mcm2 ]

ErrorN=V N−V RV N

∗100

V N: Valor nominal

V R: Valor real

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TABLA

ENSAYO DE IMPACTO

Nombre : Grupo :J2A

Fecha :D M A

27 11 2015

MEDIDAS DE LAS PRBOBETASMATERIAL:

1- A36MATERIAL:

2- 1020MATERIAL:

3- Fundición hierro

a = 6.988 mmb = 9.02 mm

a = 7.24 mmb = 9.44 mm

a = 7.34 mmb = 9.74 mm

Sección útil

Datos básicos

longitud “R” del brazoR =

Diámetro “D” del ejeD =

Longitud L1 de los apoyos. L1 =

Longitud L2 de los apoyos.L2 =

Datos del experimento

Ee = energía total M Kg 10.73 5.98 0.53Ge = ángulo, en ° 48.60 31.10 3.10

Ƹe = esfuerzo, MKg/cm2 14.70 8.40 0.60He = altura de caída, cm

Frotamiento

Ef= energía total M Kg 0.23 0.23 0.23Gf = ángulo, en ° 1.10 1.10 1.10

Ƹf = esfuerzo, MKg/cm2 0.2 0.2 0.2Hf = altura de caída, cm

Impacto

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Ei= energía total M Kg 10.5 5.75 0.3Gi = ángulo, en ° 47.5° 30° 2°

Ƹi = esfuerzo, MKg/cm2 14.5 8.2 0.4Hi = altura de caída, cm

Conclusiones

En este ensayo pudimos encontrar la resistencia de los materiales a partir de la acción de cargas dinámicas.

También se pudo observar como actuaron estos tres materiales a la carga con impacto, mostrando como se fracturan

Según los datos obtenidos en el laboratorio podemos concluir las siguientes propiedades de estos tres materiales.

El A36 el más dúctil y maleable más duro al impacto

La fundición de hierro es la más frágil, rígido y duro.

El 1020 es las más tenas.

FOTOS

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Acero 1020

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Fundición hierro

Acero A36

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Péndulo