UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA

LABORATORIO DE METALURGIA MECÁNICA

INFORME N° 1

ENSAYO DE TRACCIÓN

Elaborado por:

ALEJANDRA FORERO VARGAS

MARÍA ALEJANDRA FLÓREZ SUÁREZ

SEBASTIÁN RODRÍGUEZ REDONDO

FERNEY VARON CARREÑO

Bucaramanga, Primer semestre de 2014

INTRODUCCIÓN

En este laboratorio se pretende analizar las propiedades mecánicas de algunos aceros utilizados en la industria, los cuales fueron sometidos a ensayo de tracción, este ensayo es el más utilizado para saber la mayoría de propiedades mecánicas que intervienen en el diseño de piezas estructurales o piezas de máquinas; con los valores que obtuvimos en este ensayo podremos concluir sobre las posibles propiedades mecánicas que este material posee y hacerle un análisis completo a los diferentes aceros a estudiar.

OBJETIVOS

Analizar el comportamiento de un acero dúctil y un acero frágil cuando se les ensaya a tracción.

Determinar mediante el análisis de los resultados obtenidos en el ensayo de tracción, las propiedades mecánicas de los aceros respectivos.

EQUIPO Y MATERIALES

Maquina universal de ensayos, MTS. Acero AISI-SAE 1010, Recocido. Acero AISI O1, Bonificado.

PROCEDIMIENTO

Figura 1. Diagrama del procedimiento en un ensayo de tracción

Tomar una varilla de un acero

Ajustar la varilla en el equipo de

tracción

Medir longitud inicial de la varilla

Realizar el ensayo e tracción

Medir longitud final y diametro

final.

Observar y analizar los datos

obtenidos

Para comenzar se debe tener una varilla de acero de bajo carbono y una varilla de acero de alto carbono con un tratamiento térmico de temple. Se toma una de las varillas y se ajusta en el equipo de tracción. Después de que este ajustada, se toma un calibrador para medir la longitud inicial de la varilla. Se toma un marcador y se hacen las marcas respectivas para luego medir la longitud después del ensayo. Luego se procede con el ensayo de tracción en el cual el equipo aplicará una carga hasta llegar a la rotura de la varilla. Dado que el equipo funciona en conjunto con un computador, esté mostrará una gráfica que se realiza mientras ocurre el ensayo, además dará los valores de la carga aplicada. Se realiza el mismo procedimiento para la otra varilla de acero

DATOS

Acero AISI-01

Área= 122,718463 mm2

Fuerza Axial (N) Desplazamiento Axial (mm)13.531,312000 0.1674734229.870,508000 0.3670917243.220,558000 0.5393085553179,630000 0,71964645

Acero AISI-SAE 1010:

Área= 122,718463 mm2

Fuerza Axial (N) Desplazamiento Axial (mm)12627,959000 0,15507529760,248000 0,34808847024,754000 0,55494158969,707000 0,71733769670,631000 0,89899776919,891000 1,07932382549,858000 1,26046087029,266000 1,43824790741,013000 1,62029793808,083000 1,79904196356,262000 1,98298498496,361000 2,161125

100311,000000 2,339133101904,700000 2,519045103367,830000 2,704313

104328,530000 2,886268105328,550000 3,062257106235,080000 3,242022107101,880000 3,414792107914,990000 3,600978108558,190000 3,783334109133,020000 3,961350109627,350000 4,140512110075,560000 4,319053110470,610000 4,498833110806,870000 4,687778111097,370000 4,871301111306,460000 5,048999111387,500000 5,226894111582,360000 5,396949111767,410000 5,573972111916,780000 5,754597112046,200000 5,940034112104,690000 6,128306112136,430000 6,310595112137,940000 6,489216112130,360000 6,658033112148,630000 6,829990112.218,210000 6,920545112201,280000 7,011479112123,010000 7,209041111972,270000 7,394917111819,800000 7,567134111656,530000 7,738485111464,290000 7,913766111204,490000 8,092482110788,060000 8,282320110323,920000 8,465832109770,300000 8,643127109176,630000 8,819145108678,960000 8,997049107901,150000 9,187360107146,090000 9,370285106359,720000 9,546309105613,900000 9,718441104814,870000 9,893168104035,190000 10,072899103041,920000 10,271184

101978,630000 10,454193101042,030000 10,626861100047,550000 10,80778598945,473000 10,98795197780,418000 11,16281296649,162000 11,33467895387,520000 11,511989

RESULTADOS

Resultados numéricos

Esfuerzo ingenieril: S=PAo

AISI-O1:

ESFUERZO DEFORMACIÓN110,2630498 0,00107243,4067969 0,00237352,1927911 0,00348433,3466106 0,00464

Esfuerzo real: σ=PAi

ESFUERZO DEFORMACIÓN110,38103 0,001076839243,98367 0,002364943353,41842 0,003471387435,35734 0,004627984

AISI-SAE 1010:

Esfuerzo ingenieril: S=PAo

ESFUERZO DEFORMACIÓN102,9018673 0,001020228242,5083176 0,002290055383,1921689 0,003650925480,5284026 0,004719322567,7273761 0,005914457626,7996609 0,007100807672,6767593 0,008292497709,1782595 0,009462153739,4242951 0,010659851764,4170299 0,011835795785,1814604 0,013045945802,620556 0,014217929

817,4075648 0,01538903830,3942007 0,016572662842,3168566 0,017791535850,1453445 0,018988608858,2942405 0,020146425865,6813115 0,021329089872,7446334 0,022465734879,3704497 0,023690645884,6117149 0,024890355889,2958511 0,02606151893,3240143 0,027240211896,976358 0,028414824900,195515 0,029597587902,935608 0,030840641

905,3028149 0,032048034907,0066335 0,033217097907,6670069 0,034387463909,254869 0,035506245

910,7627921 0,036670866911,9799683 0,037859192913,0345774 0,03907917913,5111968 0,040317805913,7698376 0,04151707913,7821421 0,04269221913,7203747 0,043802851913,8692521 0,044934144914,4362409 0,045529901914,2982829 0,046128151913,6604816 0,047427899912,4321415 0,04865077

911,1897042 0,049783776909,8592605 0,050911085908,2927481 0,052064249906,1757072 0,053240011902,7823303 0,054488947899,0001773 0,055696262894,4888757 0,056862674889,6512174 0,058020692885,5958374 0,059191114879,2576713 0,060443157873,1048889 0,061646612866,6969696 0,062804661860,6194815 0,063937112854,1083993 0,065086628847,7549951 0,066269072839,661103 0,067573579

830,9966366 0,068777586823,3645332 0,069913559815,2607811 0,071103849806,2802498 0,072289151796,7865275 0,073439553787,5682244 0,07457025777,2874404 0,07573677

Esfuerzo real: σ=PAi

ESFUERZO DEFORMACIÓN103,006851 0,001019708243,063675 0,002287437384,591175 0,003644276482,796171 0,004708221571,085175 0,005897035631,250445 0,007075715678,254929 0,008258303715,888613 0,009417668747,306448 0,010603435773,464513 0,0117663795,424894 0,012961579814,032158 0,014117802829,986674 0,015271819844,156043 0,016436834

857,302966 0,017635118866,288421 0,018810574875,585801 0,019946171884,145506 0,021104808892,351482 0,022217097900,203303 0,023414377906,630015 0,024585636912,472244 0,025727696917,658349 0,026875799922,463783 0,028018611926,83913 0,029168034

930,782721 0,030374626934,315991 0,031545211937,134761 0,03267733938,879373 0,033809428941,539096 0,034890433944,161253 0,036014489946,506793 0,001019708948,715211 0,038334908950,341963 0,039526248951,706884 0,040678371952,793521 0,041806032953,743932 0,042870632954,933185 0,043953863956,070433 0,0445238391214,5119 0,4464

Resultados gráficos

Gráfica No. 1. Curva ingenieril Esfuerzo-Deformación, Acero AISI-O1

0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045 0.0050

50100150200250300350400450500

Deformación Ԑ

Esfu

erzo

σ

De la grafica se puede observar fácilmente que el material no presentó ninguna deformación plástica, y que rompió rápidamente justo después de sobrepasar el límite elástico, demuestra entonces que estos tipos de materiales con tanta dureza no deben ser utilizados como soportes estructurales o en construcción, ya que alguna falla de este seria espontanea generando catástrofes, aplicaciones ideales para estos materiales serian herramientas en las que no son sometidos a fatiga o cargas repentinas.

Gráfica No. 2. Curva ingenieril Esfuerzo-Deformación, Acero AISI-SAE 101

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.080

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Deformación Ԑ

Esfu

erzo

σ

Gráfica No. 3. Curva real Esfuerzo-Deformación, Acero AISI-O1

0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045 0.0050

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Deformación Ԑ

Esfu

erzo

σ

Gráfica No. 4. Curva real Esfuerzo-Deformación, Acero AISI-SAE 1010

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50

200

400

600

800

1000

1200

1400

Deformación Ԑ

Esfu

erzo

σ

Gráfica No. 5. Logaritmo esfuerzo σ Vs Logaritmo deformación unitaria Ԑ, Acero AISI-O1 (Valores reales)

-3.1 -3 -2.9 -2.8 -2.7 -2.6 -2.5 -2.4 -2.30

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Log Ԑ

Log

σ

Gráfica No. 6. Logaritmo esfuerzo σ Vs Logaritmo deformación unitaria Ԑ, Acero AISI-SAE 1020 (Valores reales)

-3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 00

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Log Ԑ

Log

σ

RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS PLANTEADAS

1. Explique claramente cuál es la diferencia entre el límite de proporcionalidad y el límite elástico.

La diferencia es que el límite elástico se define como el punto en el cual el material comienza a deformarse plásticamente, es decir, es el punto de cambio entre la deformación elástica y la deformación plástica (en la gráfica uno se representa por el punto E). Mientras que el límite de proporcionalidad es el punto hasta donde se aprecia un valor constante del módulo de Young, en la figura 2 de esfuerzo deformación se observa que existe una proporcionalidad entre los deltas de esfuerzos con los de la deformación unitaria, ya que esta parte de la gráfica corresponde a una línea recta (está representado por la recta OP).

2. Si al efectuar un ensayo de tracción se carga el material hasta pasar ligeramente su punto de cedencia, explique lo siguiente:

a) Si se descarga lentamente y se toman lecturas de carga y deformación, que tipo de curva se obtendrá?

Figura 2. Ensayo de tracción en la cual se observa deformación plástica y elástica

En la figura 2 ϵp representa la deformación plástica y ϵe representa la deformación elástica. Al descargar lentamente se obtiene una deformación plástica producida por una deformación elástica total. Cuando se quita la carga, entonces el material tratara de recuperar su deformación elástica sin eliminar la deformación plástica obtenida anteriormente. El módulo de Young no se ve afectado pero su punto de fluencia aumenta, con lo cual se necesitará un esfuerzo mayor para deformar plásticamente el material. En la figura 2 el material deformado parcialmente estará representado por la línea punteada con región elástica hasta su unión con el punto A, donde comienza la curvatura y empieza la región plástica.

b) ¿Que indicaría la distancia entre el origen y el punto donde la curva de descarga cruza el eje horizontal?

Esta distancia indica la deformación plástica de sufrió el material, después de ser llevado a una carga ubicada después del límite elástico. En la gráfica 1 este punto está representado como ϵp.

c) Si se deja reposar el material más de 72 horas y vuelve a cargar, ¿Qué sucede con sus características elásticas?

Con el reposo de 72 horas el material estabilizara la ligera deformación generada, por lo tanto el material adquirirá dureza, su punto de cedencia será mayor al anterior y tendrá una mayor área en la zona elástica. Por el aumento del área se puede afirmar que el material absorberá más energía antes de deformase plásticamente y entonces su capacidad de deformación elástica aumentara con la aplicación de esfuerzos mayores.

3. Como afecta el contenido de carbono en el acero sus siguientes propiedades:

a) Punto de cedencia

A medida que aumenta el porcentaje de carbono, aumenta el límite elástico con lo cual se necesitaran esfuerzos mayores para deformar plásticamente el acero.

b) UTS (Ultimate Tensile Stress)

Al aumentar el porcentaje de carbono, la resistencia a la tracción aumenta, con lo cual el acero resistirá esfuerzos mayores

c) Ductilidad o elongación

Hasta el 0.8% de carbono los aceros disminuyen su ductilidad, es decir que aceros bajos en carbono poseen alta ductilidad mientras que los altos en carbonos tiene baja ductilidad, aunque después del 0.8% en carbono la ductilidad no disminuye tan bruscamente como al aumentar 0.1 a 0.8% de carbono.

d) Módulo de Young

4. Cuál es el efecto de la temperatura en las anteriores propiedades?

El módulo de Young no se ve afectado por el aumento o la disminución en el porcentaje de carbono. Para alterar el módulo de Young se necesitará de la adición de elementos aleantes o que se realice un tratamiento térmico al acero.En general con el aumento de la temperatura, las propiedades mecánicas del material disminuyen, debido al aumento en la difusión de átomos en el material, esto influye directamente en la resistencia ultima y en el limite de fluencia del material, ya que las dislocaciones que se podrían encontrar apiladas en el material empiezan a reacomodarse, eliminando asi las tensiones internas que endurecían al material. Por otro lado la ductilidad del material aumenta ya que la difusión permite que los átomos se organicen de otra manera o en una estructura más estable, liberando así esfuerzos internos, que son los principales endurecedores de los materiales metálicos.

CONCLUSIONES

Se pudo concluir que con la curva esfuerzo deformación real, se pueden

definir un sin número de propiedades mecánicas del material, como la ductilidad, dureza, tenacidad, las cuales son de vital importancia poder controlarlas y manejar la combinación de ellas para los diferentes usos que tienen los materiales en la actualidad.

BIBLIOGRAFÍA

Mechanical metallurgic, GEORGE E. DIETER, Second edition, Mc.Graw hill, Kogarucha, 1976.