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TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIONUNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVILDOCENTE: M. en i. HECTOR PEREZ LOAYZA TEMA: TRABAJO DE INVESTIGACION SOBRE EL ACEROYPRACTICA A TRACCION DEL ACERO

AceroLos aceros son aleaciones de hierro-carbono forjables, con porcentajes de carbono variables entre 0,008 y 2,14%. Se distinguen de las fundiciones, tambin aleaciones de hierro y carbono, en que stas tienen una proporcin de carbono que puede variar entre 0.5% y 2.0%, aunque la mayora de las fundiciones comerciales no superan el 1.8% de carbono. A partir del 2 % de carbono la aleacin se denomina arrabio o fundicin.La diferencia fundamental entre ambos materiales es que los aceros son, por su ductilidad, fcilmente deformables en caliente utilizando forjado, laminacin o extrusin, mientras que las fundiciones son frgiles y se fabrican generalmente por fundicin.

Adems de los componentes principales indicados, los aceros incorporan otros elementos qumicos. Algunos son perjudiciales (Impurezas) y provienen de la chatarra, el mineral o el combustible empleado en el proceso de fabricacin; es el caso del azufre y el fsforo. Otros se aaden intencionalmente para la mejora de alguna de las caractersticas del acero (Aleantes); pueden utilizarse para incrementar la resistencia, la ductilidad, la dureza, etctera, o para facilitar algn proceso de fabricacin como puede ser el mecanizado. Elementos habituales para estos fines son el nquel, el cromo, el molibdeno y otros.La densidad promedio del acero es 7850 kg/m3.Para su uso en construccin, el acero se distribuye en perfiles, siendo stos de diferentes caractersticas segn su forma y dimensiones y debindose usar especficamente para una funcin concreta, ya sean vigas o pilares.

La estructura del acero se compone de una mezcla de fases, con diversas propiedades mecnicas. Las proporciones de estas fases y sus composiciones sern determinantes del comportamiento de este material.Fases de equilibrioDiagrama de fase hierro-carbono (Fe-C), permite visualizar les condiciones de existencia de las fases que conforman el aceroEstas fases se obtienen a temperatura ambiente mediante el enfriamiento lento de un acero. Las principales son:

Proceso de Fabricacin

Fuente: Infoacero.cl

CONVERTIDOR DE OXIGENODE ALTO HORNO

6La fabricacin del acero se realiza a travs de dos mtodos: El convertidor bsico de oxgeno de alto horno ("Basic Oxygen Converter" (BOF)) El horno de arco elctrico (Electrical Arc Furnace (EAF))En la produccin de acero bruto su participacin es del 70% (BOF) y del 30% (EAF). El primer mtodo adquiere un papel dominante cuando se trata de ndices elevados de produccin y de la fabricacin de acero bajo en impurezas. Los bajos costes energticos y un amplio suministro de chatarra reciclada aseguran al segundo mtodo una cuota de mercado competitiva, sobre todo cuando se utiliza el horno UHP (Ultra High Power).El proceso de fabricacin del acero es el siguiente:El alto horno se alimenta de hierro sinterizado, producido en la planta de sinterizacin. En el proceso de sinterizacin se carga una mezcla de finos de mineral de hierro, cal y coque (carbono casi puro), y se funde parcialmente para formar una mezcla porosa de xidos de hierro y ganga.El horno alto es un horno de tipo cuba que funciona mediante la tcnica de contracorriente:la carga descendente de sinterizado y coque, cargada por la parte superior del horno, es calentada y reducida por los gases de la combustin que ascienden de la zona de tobera, donde se inyecta un chorro de aire caliente para quemar el C y convertirlo en CO. El chorro de aire se comprime por medio de un soplante y se calienta en estufas especiales a 1100C, por medio de la combustin de los gases de escape depurados del horno. El CO reduce los xidos de hierro (FeO, Fe2O3) y algunos de los elementos presentes en la ganga del sinterizado, para producir metal lquido. El polvo del tragante del horno alto, que contiene cerca de un 40% Fe, se recicla en el proceso de sinterizado. Por debajo de la zona de tobera, donde se da la mayor temperatura, el material fundido se acumula en el crisol, donde el hierro lquido (fundicin bruta) se separa de la escoria por la diferencia de densidad. La escoria y la fundicin bruta lquida (arrabio) se extraen desde diferentes piqueras. El arrabio se vaca a cucharas o torpedos (capacidad: 300 - 400 t) y se transporta a la acera para su afinado y conversin en acero.Al final de este proceso, el mineral de hierro sinterizado se ha reducido a hierro bruto en el alto horno.

Fuente: Infoacero.clCONVERTIDOR DE OXIGENODE ALTO HORNO

7El hierro bruto se transforma entonces en el convertidor de oxgeno en acero bruto.El horno bsico de oxgeno o convertidor LD (por el proceso Linz-Donawitz iniciado en 1956) est basado en la inyeccin de oxgeno a la colada de metal lquido por medio de una lanza. En el convertidor se cargan chatarra y cal para enfriar la colada y eliminar el fsforo, el silicio y el manganeso. El convertidor est revestido con una capa refractaria de dolomita o magnesita.El oxgeno quema el carbono como monxido de carbono CO y gas carbnico CO2 que se recoge en el can de chimenea y se limpia de polvo (Fe203 y partculas de cal, etc.). Los elementos Mn, Si y P se oxidan y combinan con la cal (CaO) y el FeO formado por la oxidacin del Fe, para formar una escoria fundida.Al ser estas reacciones de oxidacin altamente exotrmicas, el proceso exige un enfriamiento para controlar la temperatura de la colada. Este enfriamiento se realiza cargando chatarra (residuos de fabrica y laminacin reciclados) y aadiendo mineral de hierro durante el proceso de soplado.El acero se vierte a la cuchara a travs de una piquera, inclinando el horno. En el transcurso de esta operacin se aaden ferroaleaciones a la cuchara para controlar la composicin del acero.

HORNO DE ARCOELECTRICO

9En el proceso de horno de arco elctrico, la carga metlica fra, principalmente chatarra, se funde mediante la energa de arcos elctricos generados entre los extremos de electrodos de grafito y la carga metlica conductora.Los tres electrodos y la bveda del horno se levantan y retiran del blindaje del horno girndolos para permitir la carga de la chatarra. Los electrodos mantienen el arco de acuerdo con el voltaje y el nivel de corriente escogidos para producir la potencia deseada a la deseada longitud de arco para la fusin y afino. Dado que durante el perodo de fusin el ruido generado por los arcos es elevado, con niveles de hasta 120 dBA, la cabina de operarios est especialmente protegida y el horno posee un cerramiento especial. Estos hornos tienen un dimetro interno de 6 a 9 metros y una capacidad de 100 a 200 toneladas de acero.

AFINO DEL ACEROY LAMINACION

10Las unidades de fusin de alto rendimiento, tales como convertidores u hornos de arco elctrico no proveen suficiente control de los contenidos de aleacin. El contenido en nitrgeno y fsforo se puede reducir a niveles bajos en el convertidor, pero slo se pueden obtener niveles muy bajos (< 2 ppm) de contenido en carbono, azufre, oxgeno e hidrgeno mediante un tratamiento subsiguiente en la cuchara. Para asegurar un acondicionamiento apropiado del acero antes del proceso de colada, en la metalurgia de cuchara se llevan a cabo la aleacin del acero conforme a un anlisis especfico y tratamientos de afino especiales.Los objetivos de la fabricacin de acero en cuchara (afino) se pueden resumir como sigue: afino y desoxidacin eliminacin de los productos de la desoxidacin (Mn0, SiO2, Al2O3) desulfuracin a niveles muy bajos (< 0,008%) homogeneizacin de la composicin del acero ajuste de la temperatura para la colada, recalentando si es necesario (horno de cuchara) eliminacin de hidrgeno a niveles muy bajos mediante tratamiento de vaco.Una vez terminado el proceso de afino, el material pasa a la colada continua para proceder a la solidificacin del material. El elemento principal del proceso de colada continua es el molde de cobre oscilante enfriado con agua. Su principal funcin es formar una lmina solidificada de acero que tenga la resistencia suficiente para impedir rebabas por debajo del molde.Al abandonar el molde, la hilera de material es enfriada por medio de rociadores de agua y se apoya en cilindros para evitar el pandeo hasta que se complete la solidificacin. Las secciones de la hilera de material cubren la gama de productos semiacabados, como palanquillas, desbastes cuadrados o desbastes rectangulares, destinados a los laminadores de acabado en caliente.

Procesos de laminado en calienteLaminado en caliente tradicional.

Laminacin controlada.Laminado de normalizacin (N)Laminacin termomecnica controladaEnfriamiento aceleradoTemple y autorrevenidoPROCESOS DELAMINACION

11Las palanquillas o planchones que salen del proceso de colada continua deben ser recalentados antes de ser sometidos al proceso de laminacin en caliente. Existen dos tipo de proceso de laminado en caliente que difieren en sus objetivos: laminado en caliente tradicional y laminacin controlada. En el primer caso se trata de producir la forma requerida con el mnimo nmero de pasadas de cilindro, mientras que en el segundo el objetivo es aumentar resistencia y tenacidad del acero mediante control cuidadoso de la temperatura y la deformacin durante el laminado. Dentro de los procesos de laminacin controlada tenemos el laminado de normalizacin y la laminacin termomecnica controlada.

La Ferrita () es blanda y dctil. Su estructura es cbica centrada en el cuerpo, es estable hasta los 721 C La Austenita () es la ms dctil de las fases del diagrama Fe-Fe3C. La cementita (Fe3C)es un compuesto intermetlico de frmula Fe3C, con un contenido de carbono de 6,67%, es dura y frgil. La Perlita es el microconstituyente eutectoide que se forma a los 727 C a partir de austenita con 0.77 % de carbono. Es una mezcla bifsica de ferrita y cementita de morfologa laminar. Sus propiedades mecnicas sern intermedias entre la ferrita blanda y la cementita dura que la compone.

Composicin del acero

Fases fuera de equilibrio

Estas condiciones se alcanzan mediante el uso de tratamientos trmicos como el temple (enfriamiento rpido) y el revenido (recalentamiento sostenido) para lograr la formacin de martensita, bainita y otros microconstituyentes que tienen como propiedades ser duros y frgiles.

Impurezas del acero Se denomina impurezas a todos los elementos indeseables en la composicin de los aceros. Se encuentran en los aceros y tambin en las fundiciones como consecuencia de que estn presentes en los minerales o los combustibles. Se procura eliminarlas o reducir su contenido debido a que son perjudiciales para las propiedades de la aleacin. En los casos en los que eliminarlas resulte imposible o sea demasiado costoso, se admite su presencia en cantidades mnimas.

Azufre Lmite mximo aproximado: 0,04%. El azufre forma con el hierro sulfuro, el que conjuntamente con la austenita da lugar a un eutctico cuyo punto de fusin es bajo y que por lo tanto aparece en bordes de grano. Cuando los lingotes de acero colado deben ser laminados en caliente, dicho eutctico se encuentra en estado lquido, lo que provoca el desgranamiento del material.Se controla la presencia de sulfuro mediante el agregado de manganeso. El manganeso tiene mayor afinidad por el azufre que hierro por lo que en lugar de FeS se forma MnS que tiene alto punto de fusin y buenas propiedades plsticas. El contenido de Mn debe ser tal que se asegure que todo el azufre se encuentre en forma de MnS.El resultado final, una vez eliminados los gases causantes, es una fundicin menos porosa de mayor calidad.

Fsforo Lmite mximo aproximado: 0,04%. El fsforo resulta perjudicial ya sea al disolverse en la ferrita, pues disminuye la ductilidad, como as tambin por formar FeP (Fosfuro de hierro). El fosfuro de hierro forma junto con la austenita y la cementita un eutctico ternario denominado esteadita el cual es sumamente frgil y posee punto de fusin relativamente bajo, por lo cual aparece en bordes de grano, transmitindole al material su fragilidad.

Aluminio Se suelen aadir pequeas proporciones de aluminio de cara a mantener constantes las propiedades mecnicas (sobre todo el alargamiento) en largos perodos de almacenaje (calmado al aluminio).

Clasificacin segn la norma Une 36001

La norma UNE 36001 clasifica las aleaciones frricas segn las denominadas series F; a los aceros les corresponden las series F100 a F700, a las fundiciones la F800 y a otras aleaciones frricas la F900. Segn dicha norma, los aceros se clasifican en:

Aceros para construccin (F100) (engloba la mayora de aceros de uso genrico) Aceros al carbono (F110) sta es la ms genrica de todas Aceros aleados de temple y revenido (F120) soportan grandes esfuerzos Aceros para rodamientos (F130) su alto contenido en Cromo los hace resistentes al rozamiento Aceros para muelles (F140) presentan una elevada elasticidad Aceros de cementacin (F150) se emplean en la construccin de engranajes por su resistencia y tenacidad Aceros de nitruracin y cianuracin (F170) Son duros por fuera y tenaces por dentro

Aceros especiales (F200) estos aceros presentan ciertas propiedades concretas. Aceros de fcil mecanizado (F210) Aceros de fcil soldadura (F220) Aceros con propiedades magnticas (F230) Aceros de alta y baja dilatacin (F240) Aceros de resistencia a la fluencia (F250)

Aceros inoxidables y anticorrosin (F300) Aceros inoxidables (F310) Aceros de emergencia (F400) presentan alta resistencia a ciertos factores Aceros de alta resistencia (F410) Aceros para cementar (F430)

Ventajas y desventajas del acero como material de construccin:Ventajas del acero como material estructural: Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que ser poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en puentes de grandes claros. Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado. Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente.

Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensin. La naturaleza dctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando as fallas prematuras. Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energa en grandes cantidades se denomina tenacidad. Otras ventajas importantes del acero estructural son:

A) Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches. B) Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura. C) Rapidez de montaje. D) Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaos y formas. E) Resistencia a la fatiga. F) Posible rehuso despus de desmontar una estructura.

Desventajas del acero como material estructural: Costo de mantenimiento.- La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosin al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse peridicamente. Costo de la proteccin contra el fuego.- Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios. Susceptibilidad al pandeo.- Entre ms largos y esbeltos sean los miembros a compresin, mayor es el peligro de pandeo. Como se indico previamente, el acero tiene una alta resistencia por unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no resulta muy econmico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer ms rgidas las columnas contra el posible pandeo.

NOTA: El acero estructural puede laminarse en forma econmica en una gran variedad de formas y tamaos sin cambios apreciables en sus propiedades fsicas. Generalmente los miembros estructurales ms convenientes son aquellos con grandes momentos de inercia en relacin con sus reas. Los perfiles I, T y L tienen esta propiedad.

Perfiles Laminados

AnguloTeCanalPerfil WBarraPlaca

26Perfiles ngulo, te, canal y W, placas y barras redondas y rectangulares son secciones laminadas producidas comercialmente.

5. Tipos de elementos de acero estructuralPerfiles plegados (en fro)

Tubo circularTubo rectangularPerfiles plegados y soldados

27Tubos circulares y rectangulares son producidos a partir de placas por procesos de plegado y soldadura.Adicionalmente al laminado en caliente, tambin existen perfiles de pared delgada formados al plegar una plancha de acero. Muy verstiles, son especialmente utilizados en construcciones livianas.

Tipos de acerosAceros al carbono:Ms del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estn formados principalmente por hierro y carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran mquinas, carroceras de automvil, la mayor parte de las estructuras de construccin de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.

Aceros inoxidables:Los aceros inoxidables contienen cromo, nquel y otros elementos de aleacin, que los mantienen brillantes y resistentes a al herrumbre y oxidacin a pesar de la accin de la humedad o de cidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Se emplea para las tuberas y tanques de refineras de petrleo o plantas qumicas, para los fuselajes de aviones o para cpsulas espaciales.En la industria qumica y petroqumica, los aceros inoxidables ofrecen elevada resistencia a la corrosin y excelentes propiedades mecnicas as como un bajo costo de mantenimiento.Los aceros inoxidables son ms resistentes a la corrosin y a las manchas de los que son los aceros al carbono y de baja aleacin. Este tipo de resistencia superior a la corrosin se produce por el agregado del elemento cromo a las aleaciones de hierro y carbono.La mnima cantidad de cromo necesaria para conferir esta resistencia superior a la corrosin depende de los agentes de corrosin.

Las principales ventajas del acero inoxidable son:Alta resistencia a la corrosin.Alta resistencia mecnica.Apariencia y propiedades higinicas.Resistencia a altas y bajas temperaturas.Buenas propiedades de soldabilidad, mecanizado, corte, doblado y plegado.Bajo costo de mantenimiento.Reciclable.Como consecuencia de diferentes elementos agregados como nquel, cromo, molibdeno, titanio, niobio y otros, producen distintos tipos de acero inoxidable, cada uno con diferentes propiedades.

Propiedades del aceroEstructura cristalina

Cristal cbico demalla centradaCristal cbico decara centrada

31El acero est conformado por cristales de fierro. La estructura interna de los granos cristalinos est compuesta de tomos de hierro dispuestos conforme a un patrn regular tridimensional. La figura de la izquierda representa la estructura cristalina del acero a temperatura ambiente. Se trata de la estructura cristalina cbica de mallas centradas; los tomos se encuentran en las esquinas y en el centro del cubo. La malla es de solo 0,28 mm en sus aristas. Un grano tpico se compone de alrededor de 10 elevado a 15 repeticiones de esta malla. Esta estructura determina la metalurgia y propiedades de los aceros.La estructura cristalina cambia con el aumento de temperatura. Con el hierro puro este cambio se produce a los 910 C. Los cristales cbicos de mallas centradas (cmc) de la izquierda se convierten en cristales cbicos de caras centradas (ccc), mostrados a la derecha. En los cristales ccc, los tomos de hierro estn en las esquinas del cubo y en el centro de cada cara del cubo. La posicin de mallas centradas est vaca.En el acero, el carbono se encuentra en solucin con el fierro, ocupando los espacios vacos entre los tomos de este elemento.

Propiedades metlicas caractersticasbuena ductilidad (o maleabilidad).conductividad trmica elevada.conductividad elctrica elevada.brillo metlico.PROPIEDADESFISICAS

32El acero, como otros metales y aleaciones, presenta las cuatro propiedades metlicas indicadas. Estas propiedades son consecuencia de la estructura del material.La ductilidad es consecuencia de la falta de direccionalidad en el enlace de los tomos y de la naturaleza compacta de las estructuras cristalinas, lo cual normalmente permite que se produzca un profuso deslizamiento cristalogrfico bajo tensin. La no direccionalidad del enlace permite asimismo que las vibraciones trmicas se transmitan con facilidad de un tomo vibrante a los contiguos, de ah la elevada conductividad trmica. La existencia de electrones libres proporciona la conductividad elctrica elevada. Estos electrones libres son tambin los responsables del brillo metlico, pues puede absorberse y volverse a irradiar fcilmente luz incidente de una gran gama de longitudes de onda.

Resistencia a la CorrosinCorrosin: prdida de seccin debido a reacciones qumicas o electroqumicas con medioambiente.Resistencia depende de:Composicin qumicaPROPIEDADESFISICAS

33Otra propiedad fsica importante es la resistencia a la corrosin.Todos los aceros sufren corrosin. Sin embargo, en algunos, la capa de corrosin superficial que se forma sirve de proteccin para el resto del material. Esto va a depender principalmente de las aleaciones que tenga el acero. Si no es el caso, se debe recurrir a protecciones externas, pasivas o activas para evitar situaciones como la de la figura.

Ensayo a traccinPROPIEDADESMECANICAS

34Las propiedades mecnicas de los materiales se determinan utilizando probetas y procedimientos de ensayo normalizados. Para los materiales dctiles como la mayora de los aceros el mtodo de ensayo ms empleado es el de ensayos de traccin. La figura muestra el esquema de una mquina para ensayar cupones de acero en traccin.Durante los ensayos es necesario controlar la velocidad y temperatura de ensayo.

PROPIEDADESMECANICAS

Acero dulceAcero de alta resistencia

35Las figuras muestran los resultados de un ensayo de traccin para un acero corriente al carbono y un acero de alta resistencia. Durante el ensayo se miden la carga (P) y el alargamiento (DeltaL), obtenindose el diagrama tensin (sigma)-deformacin (epsilon) atendiendo a las dimensiones de la pieza de ensayo. La tensin nominal o ingenieril sigma es la carga P dividida por el rea original de la seccin transversal y la deformacin ingenieril es igual al cambio de longitud con respecto a la longitud inicial.Aceros dulces presentan una discontinuidad entre los regmenes elstico y plstico, con un lmite de fluencia marcado seguido de un breve perodo de deformacin plstica irregular.

Mdulo de YoungE = 200000 MPa

Modulo de PoissonElsticon = 0.3 (aumento de volumen)Plsticon = 0.5 (volumen constante)

PROPIEDADESMECANICAS

36La pendiente de la zona elstica (mdulo de Young) no vara significativamente con la resistencia del material y es relativamente constante para todos los aceros.En la zona elstica el coeficiente de Poisson tiene un valor de aproximadamente 0.3. Esto implica que el volumen del material elsticamente deformado est aumentando. En la zona plstica, con deformaciones mucho mayores, el volumen del material no cambia de forma significativa y el coeficiente de Poisson tiene un valor de 0.5.

Resistencia a la fractura (tenacidad)Imperfecciones son microgrietas.Inclusiones y dislocaciones dependen de la composicin, el proceso de laminacin y el tratamiento trmico.Grietas generan concentracin de tensiones.Existe longitud crtica de grieta que inicia la propagacin de la grietaPROPIEDADESMECANICAS

37La resistencia a la fractura es una propiedad muy importante, especialmente en aplicaciones ssmicas y de cargas repetidas.Las inclusiones y dislocaciones que aparecen en el material debido al proceso de fabricacin son imperfecciones a partir de las que se pueden generar grietas en el material.Si estas grietas son lo suficientemente largas, se propagan y eventualmente generan una fractura en el miembro de acero.

Mquina de Ensayo CharpyPROPIEDADESMECANICAS

Probeta

38Para evaluar la susceptibilidad a fractura se realiza el ensayo Charpy. La probeta es un trozo del material a evaluar al que se le ha hecho una muesca para generar una zona de concentracin de tensiones. Esta probeta se coloca en la mquina, que es un pndulo graduado cuyo brazo se levanta y se deja caer para que impacte la probeta. La altura a la cual se produce la rotura de la probeta se relaciona con la energa requerida para producir la fractura. Las normas establecen valores mnimos que debe cumplir el acero dependiendo de la aplicacin.

Dureza:Resistencia a penetracin superficial.

Mtodos de ensayo

Dinmicos: ensayo de dureza al impacto y ensayo de dureza Shore

Estticos: ensayo Brinell, ensayo Vickers y ensayo RockwellPROPIEDADESMECANICAS

39Dureza es la medida de la resistencia a la deformacin cuando se hace penetrar un instrumento de indentacin cargado en la superficie del metal sometido a ensayo.Existen varios mtodos de ensayo que se correlacionan relativamente bien. Los ensayos dinmicos tienen la ventaja de la rapidez, pero no son tan precisos como los ensayos estticos.

Composicin qumicaTratamiento trmicoEstado de esfuerzosHistoria de deformacionesTemperaturaVelocidad de carga (deformacin)FACTORES

40Los distintos factores que afectan las propiedades del acero son:Composicin qumica: ya hemos hablado del efecto de las aleaciones.Tratamiento trmico: tratamientos en los cuales se cambia la temperatura del producto en estado slido. Afectan las propiedades de resistencia, ductilidad y tenacidad, debido a que modifican el tamao de grano del material. En general, para tamaos de grano menores, el material tendr mayor resistencia y ductilidad.Los otros factores son discutidos a continuacin.

ENSAYO DE TRACCION DEL ACEROSe somete la probeta a un esfuerzo de traccin creciente, generalmente hasta la rotura, con el fin de determinar una o ms de las propiedades mecnicas del material ensayado.Los resultados obtenidos en la determinacin de propiedades mecnicas del material en un ensayo de traccin especfico o individual dependen de:los tratamientos trmicos a los que se haya sometido el material.Las manipulaciones mecnicas que hubiera sufridoLa razn o velocidad de deformacin a la que se efecta el ensayo, la que a su ves depender de la velocidad de aplicacin de las cargas, la geometra de la probeta, las caractersticas de la mquina de ensayo y el sistema de mordaza.El trabajo en fro con produccin de acritud sobre la probeta, puede alterar o destruir el fenmeno de fluencia. En estos casos podr medirse el lmite de fluencia convencional o bajo carga, considerando que no corresponde exactamente al anterior para determinado material.

Se somete la probeta a un esfuerzo de traccin creciente, generalmente hasta la rotura, con el fin de determinar una o ms de las propiedades mecnicas del material ensayado.Los resultados obtenidos en la determinacin de propiedades mecnicas del material en un ensayo de traccin especfico o individual dependen de:los tratamientos trmicos a los que se haya sometido el material.Las manipulaciones mecnicas que hubiera sufridoLa razn o velocidad de deformacin a la que se efecta el ensayo, la que a su ves depender de la velocidad de aplicacin de las cargas, la geometra de la probeta, las caractersticas de la mquina de ensayo y el sistema de mordaza.El trabajo en fro con produccin de acritud sobre la probeta, puede alterar o destruir el fenmeno de fluencia. En estos casos podr medirse el lmite de fluencia convencional o bajo carga, considerando que no corresponde exactamente al anterior para determinado material.

APARATOSMquina para ensayo de traccin, tiene que cumplir las siguientes condiciones:Estar provista de dispositivos apropiados que aseguren la aplicacin axial de carga a la probeta.Permitir la aplicacin progresiva de la carga, sin choque ni vibraciones.Permitir cumplir las condiciones relativas a la velocidad del ensayo.La precisin de la mquina universal utilizada fue de 0,25 KN.Extensmetro, deber tener la precisin necesaria a los resultados que deseen obtener; el extensmetro utilizado tiene una precisin de 0.01mm.Medidor de alargamiento, para medir el alargamiento se utiliz una huincha con una precisin de 1mm.Mordazas, apropiadas para cada producto y tipo de probeta, con sujecin por cuas, tornillos, rebordes, etc.

El lmite de fluencia El lmite de fluencia es la zona mxima en la cual el mdulo de Young es constante. Tambin es la zona lmite a partir de la cual el material se deforma plsticamente.Tambin denominado lmite elstico aparente, indica la tensin que soporta una probeta del ensayo de traccin en el momento de producirse el fenmeno de la cedencia o fluencia. Este fenmeno tiene lugar en la zona de transicin entre las deformaciones elsticas y plsticas y se caracteriza por un rpido incremento de la deformacin sin aumento apreciable de la carga aplicada.

Usos del acero Estructuras de marco: edificios, torres, puentes, galpones.

45Debido a sus caractersticas, el acero es utilizado en mltiples estructuras como edificios, puentes y estructuras industriales.

Cscaras y membranas: estanques, silos, calderas, cascos de barco.

46Su bajo peso y alta resistencia lo hacen ideal para estructuras de cscara y membrana.

Estructuras suspendidas: puentes, techos.

47El acero es el material ms eficiente en traccin, por lo que es el elegido normalmente para estructuras suspendidas.

ENSAYO DE TRACCIN DEL ACEROMateriales:Balanza analticaMaquina UniversalVernierProbeta estndar:Regla graduada, cronmetro.Probeta de Cero

DESARROLLO DE LA PRACTICA

1.Se toma las medidas de la parte que va a sufrir la traccin el largo y el dimetro, dichas medidas se realizan con el vernier.

Procedimiento:

2.Se coloca la probeta en la maquina universal fijando las partes extremas. Luego se empotra la parte superior con la traviesa para que as al jalar se produzca una fuerza por traccin como se puede observar

Probeta empotrada tanto en la parte superior con inferior lista para ser ensayada.

Se aplica una fuerza lentamente tomando como nota las deformaciones que se producen por cada intervalo hasta que la probeta falle en su parte central, acortndose su dimetro, ya que el material ser estirado.

4.- Se vuelve a medir la longitud y dimetro de la parte deformada, para ver la diferencia con las medias inciales.

rea inicial resistente a la carga: Longitud inicial de la probeta:L = 10 cmTiempo de ensayo: t = 12 24

Este disperso grama nos permitir identificar los puntos que se ajustaran a una lnea recta y el resto de puntos formara otra curva; que nos permitiran identificar dos zonas: una elstica y la otra plstica respectivamente.

En esta grfica se va a determinar dos tramos uno elstico y otro plstico (curva). En los puntos del lmite de elasticidad, de esfuerzo unitario mximo y de rotura se determinara la deformacin unitaria del lmite de elasticidad, deformacin unitaria mxima y deformacin unitaria de rotura respectivamente.

Las ecuaciones de estas dos curvas son:

Tramo elstico:F(x) = 26764x - 2681Tramo plstico: f(x) = -1E+10x5 + 4E+09x4 - 4E+08x3 + 2E+07x2 - 6423.x -1045.

Deformacin unitaria y esfuerzo del lmite de elasticidad

Deformacin unitaria y esfuerzo mximo

Esfuerzo de diseo

Deformacin unitaria de rotura y esfuerzo de rotura.

Longitud final luego de finalizar el ensayo:

Estriccin de la probeta:

CONCLUSIONES

Se logr determinar las propiedades mecnicas del acero mediante probetas estndar.Los resultados obtenidos de las propiedades fsicas y mecnicas se muestran en el siguiente cuadro de anexos.