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INSTITUTO TECNOLGICO DE CIUDAD MADERO

INGENIERA DE MATERIALES METLICOS

Laboratorio de ingeniera de materiales metlicosPractica N2Ensayo de tencion

Intrigantes de Quipo: Vargas Medina Francisco De Jesus Herrera Muoz Carlos Rafael Olivas Delgado Cesar Octavio Garcia Uribe Jonathan Joval

Horario: 17:00-18:00 HRS.Carrera: INGENIERA MECNICA

Maestro: ZAVALA HERNNDEZ RAFAELFecha de Realizacin: 30/sep./2014Fecha de Entrega: 7/oct./2014

Indice

Tema. Pgina.

A) Objetivo

B) Consideraciones tericas

C) Desarrollo

D) Calculo y Resultados

E) Observaciones

F) Conclusin

G) Biografas

A) Objetivo.Finalidad que el alumno al realizar la prueba de tensin de un material metlico (acero) Conozca la maquina con sus accesorios y las probetas que se usan y que adems aprende a determinar analizar e interpretar las propiedades mecnicas y la curvas esfuerzo deformacin que de este ensayo resultan.

CONSIDERACIONES TEORICAS A INVESTIGAR.lAS CURVAS ESFUERZO-DEFORMACIN PARA MATERIALES DCTILES Y FRGILESDIAGRAMA DE ESFUERZO-DEFORMACINUNITARIAEs la curva resultante graficada con los valores del esfuerzo y la correspondiente deformacin unitaria en el espcimen calculado a partir de los datos de un ensayo de tensin o de compresin.

a) Lmite de proporcionalidad:Se observa que va desde el origen O hasta el punto llamado lmite de proporcionalidad, es un segmento de recta rectilneo, de donde se deduce la tan conocida relacin de proporcionalidad entre la tensin y la deformacin enunciada en el ao 1678 por Robert Hooke. Cabe resaltar que, ms all la deformacin deja de ser proporcional a la tensin.b) Limite de elasticidad o limite elstico:Es la tensin ms all del cual el material no recupera totalmente su forma original al ser descargado, sino que queda con una deformacin residual llamada deformacin permanente.c) Punto de fluencia:Es aquel donde en el aparece un considerable alargamiento o fluencia del material sin el correspondiente aumento de carga que, incluso, puede disminuir mientras dura la fluencia. Sin embargo, el fenmeno de la fluencia es caracterstico del acero al carbono, mientras que hay otros tipos de aceros, aleaciones y otros metales y materiales diversos, en los que no manifiesta.d) Esfuerzo mximo:Es la mxima ordenada en la curva esfuerzo-deformacin.e) Esfuerzo de Rotura:Verdadero esfuerzo generado en un material durante la rotura.DIAGRAMACONVENCIONALDE ESFUERZO-DEFORMACINUNITARIA.Es la curva resultante graficada con los valores de esfuerzos como ordenadas y las correspondientes deformaciones unitarias como abscisas en el espcimen calculado a partir de los datos de un ensayo de tensin o de compresin.Nunca sern exactamente iguales dos diagramas esfuerzo-deformacin unitaria para un material particular, ya que los resultados dependen entre otras variables de la composicin del material, de la manera en que este fabricado, de la velocidad de carga y de la temperatura durante la prueba.Dependiendo de la cantidad de deformacin unitaria inducida en el material, podemos identificar 4 maneras diferentes en que el material se comporta.Comportamiento ElsticoFluenciaEndurecimiento por deformacinFormacin del cuello o estriccinDIAGRAMAS ESFUERZO-DEFORMACIN UNITARIA, CONVENCIONAL Y REAL, PARA UN MATERIAL DCTIL (ACERO) (NO DE ESCALA)

Comportamiento ElsticoLa curva es una lnea recta a travs de toda esta regin. El esfuerzo es proporcional a la deformacin unitaria. El material es linealmente elstico. Limite proporcional, es el lmite superior del esfuerzo en esta relacin lineal. La Ley de Hooke es vlida cuando el esfuerzo unitario en el material es menor que el esfuerzo en el lmite de proporcionalidad.Si el esfuerzo excede un poco el lmite proporcional, el material puede responder elsticamente. La curva tiende a aplanarse causando un incremento mayor de la deformacin unitaria con el correspondiente incremento del esfuerzo. Esto contina hasta que el esfuerzo llega al lmite elstico.FluenciaUn aumento en el esfuerzo ms del lmite elstico provocara un colapso de material y causara que se deforme permanentemente. Este comportamiento se llama fluencia. El esfuerzo que origina la fluencia se llama esfuerzo de fluencia o punto de fluencia, y la deformacin que ocurre se llama deformacin plstica.En los aceros con bajo contenido de carbono, se distinguen dos valores para el punto de fluencia.El punto superior de fluencia ocurre primero, seguido por una disminucin sbita en la capacidad de soportar carga hasta un punto inferior de fluencia.Una vez se ha alcanzado el punto inferior de fluencia, la muestra continuara alargndose sin ningn incremento de carga. Las deformaciones unitarias inducidas debido a la fluencia serian de 10 a 40 veces ms grandes que las producidas en el lmite de elasticidad. Cuando el material esta en este estado-perfectamente plstico.Endurecimiento por deformacinCuando la fluencia ha terminado, puede aplicarse ms carga a la probeta, resultando una curva que se eleva continuamente pero se va aplanando hasta llegar a este punto se llama el esfuerzo ultimo, Que es el esfuerzo mximo que el material es capaz de soportar.La elevacin en la curva de esta manera se llama endurecimiento por deformacin. Formacin del cuello o estriccinEn el esfuerzo ltimo, el rea de la seccin transversal comienza a disminuir en una zona localizada de la probeta, en lugar de hacerlo en toda su longitud. Este fenmeno es causado por planos de deslizamiento que se forman dentro del material y las deformaciones producidas son causadas por esfuerzos cortantes.Como resultado, tiende a desarrollarse una estriccin o cuello en esta zona a medida que el espcimen se alarga cada vez ms.Puesto que el rea de la seccin transversal en esta zona est decreciendo continuamente, el rea mas pequea puede soportar solo una carga siempre decreciente. De aqu que el diagrama esfuerzo deformacin tienda a curvarse hacia abajo hasta que la probeta se rompe en el punto del esfuerzo de fractura.

DIAGRAMA REAL ESFUERZO DEFORMACIN UNITARIAEn lugar de usar el rea de la seccin transversal y la longitud originales de la muestra para calcular el esfuerzo y la deformacin unitaria (de ingeniera), usa el rea de la seccin transversal y la longitud reales del espcimen en el instante en que la carga se esta midiendo para calcular esfuerzo real y deformacin unitaria real y un trazo de sus valores se llama Diagrama real Esfuerzo Deformacin Unitaria.Las diferencias entre los diagramas comienzan a aparecer en la zona de endurecimiento por deformacin, donde la magnitud de la deformacin unitaria es ms significativa.En el diagrama Esfuerzo-Deformacin unitaria convencional, la probeta de ensayo en realidad soporta una carga decreciente, puesto que A0es constante cuando se calcula el esfuerzo nominal = P/A0.El rea real A dentro de la regin de formacin del cuello esta siempre decreciendo hasta que ocurre la falla, Esfuerzo de rotura, y as el material realmente soporta un esfuerzo creciente.

Ejemplos Aplicados1)Un ensayo a tensin de un acero dulce produjo los datos mostrados en la tabla. Trazar un diagramaesfuerzodeformacin unitaria para este material, determinando adems;a)El modulo de elasticidadb)El lmite de proporcionalidadc)El punto de fluenciad)El esfuerzo ultimoDebe escogerse una escala adecuada para que toda la grafica se pueda trazar en una sola hoja. Es conveniente volver a dibujar la curva hasta el punto de fluencia usando una escala mayor para deformaciones unitarias con el objeto de determinar ms exactamente el lmite de proporcionalidad y el punto de fluencia.SolucinPrueba a tensin de un acero dulce Dimetro inicial del espcimen = 0.506 pulgadas Longitud inicial entre marcas de la probeta = 2 pulgadas.

Diagrama Esfuerzo- Deformacin unitaria para el ejemplo.

Desde la grafica, calcula las siguientesa)el modulo de elasticidadE= esfuerzo / deformacin unitaria= 29.85 / 0.00102= 29264.71 x 103lb/plg2= 29.265 klb/plg2= 29.265 ksib)Limite proporcional,Es el lmite superior del esfuerzo en esta relacin lineal.Si los esfuerzos exceden este valor, el esfuerzo ya no es proporcional a la deformacin unitaria.= 34.825x 103lb/plg2 = 34.825 klb/plg2= 34.825 ksic)Justamente despus del lmite de proporcionalidad, la curva disminuye su pendiente y el material se deforma con muy poco o ningn aumento de la cargaesfuerzo de fluencia o punto de fluencia,=37.81 ksi (punto superior de fluencia)=35.82ksi (punto inferior de fluencia)d)Esfuerzo ltimo,el esfuerzo mximo que el material es capaz de soportar.= 66.17ksiDIAGRAMAS ESFUERZO-DEFORMACIN UNITARIA PARA OTROS MATERIALES

Cada material tiene una forma y propiedades peculiares. Las curvas mostradas en la figura difieren considerablemente de la correspondiente al acero.Las caractersticas del diagrama esfuerzo deformacin unitaria influyen sobre los esfuerzos especificados para el diseo de partes fabricadas con el material correspondiente.En la mayora de los materiales no se presenta tanta proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformacin unitarias como para el acero.Esta falta de proporcionalidad no causa problemas en los casos usuales de anlisis y diseo, ya que los diagramas de la mayora de los materiales estructurales ms comunes son casi en forma de lnea recta hasta alcanzar los esfuerzos que normalmente se usan en el diseo.

Un material dctil (el acero estructural dulce, el aluminio, o bronce), exhibirn un amplio intervalo de deformacin en el intervalo plstico antes de la fractura.Un material frgil, como el hierro colado o vidrio, se rompern sin ninguna o muy pequea deformacin plstica.

Diagrama esfuerzo-deformacin tpico de un elemento frgil.El diagrama esfuerzo-deformacin es el resultado de la prueba o ensayo de tensin sobre un elemento calibrado llamado probeta. La prueba consiste en someter la probeta a una tensin creciente hasta suruptura, al tiempo que se mide la deformacin causada en el elemento, lo que nos permite separar los elementos en dctiles y frgiles.

Diagrama esfuerzo-deformacin tpico de un elemento dctil.

En el caso de materiales frgiles, la curva consiste slo en la parte elstica y al pasar a la etapa plstica, el material falla inmediatamente. Los elementos dctiles pueden deformarse longitudinalmente, o fluir a temperatura ambiente; pueden distinguirse cuatro etapas en la grfica de esfuerzo-deformacin de un elemento dctil.

Que es elasticidad?La elasticidad es estudiada por lateora de la elasticidad, que a su vez es parte de lamecnica de slidos deformables. La teora de la elasticidad (ETE) como la mecnica de slidos (MS) deformables describe cmo un slido (o fluido totalmente confinado) se mueve y deforma como respuesta a fuerzas exteriores. La diferencia entre la TE y la MS es que la primera solo trata slidos en que las deformaciones son termodinmicamente reversibles y en los que el estado tensionesen un puntoen un instante dado dependen solo de las deformacionesen el mismo punto y no de las deformaciones anteriores (ni el valor de otras magnitudes en un instante anterior). Para un slido elstico laecuacin constitutivafuncionalmente es de la forma:

dondedenota el conjunto de tensores simtricos de segundo orden del espacio eucldeo. Si el slido es homogneo el valor de la funcin anterior no depender del segundo argumento.La propiedad elstica de los materiales est relacionada, como se ha mencionado, con la capacidad de un slido de sufrirtransformaciones termodinmicas reversiblese independencia de la velocidad de deformacin (losslidos viscoelsticosy losfluidos, por ejemplo, presentan tensiones dependientes de lavelocidad de deformacin). Cuando sobre un slido deformable actan fuerzas exteriores y ste se deforma se produce un trabajo de estas fuerzas que se almacena en el cuerpo en forma de energa potencial elstica y por tanto se producir un aumento de laenerga interna. El slido se comportar elsticamente si este incremento de energa puede realizarse de forma reversible, en este caso se dice que el slido es elstico.

Que es plasticidadEn los materiales elsticos, en particular en muchos metales dctiles, unesfuerzouniaxial detraccinpequeo lleva aparejado un comportamiento elstico. Eso significa que pequeos incrementos en la tensin de traccin comporta pequeos incrementos en la deformacin, si la carga se vuelve cero de nuevo el cuerpo recupera exactamente su forma original, es decir, se tiene una deformacin completamente reversible. Sin embargo, se ha comprobado experimentalmente que existe un lmite, llamadolmite elstico, tal que si cierta funcin homognea de las tensiones supera dicho lmite entonces al desaparecer la carga quedan deformaciones remanentes y el cuerpo no vuelve exactamente a su forma. Es decir, aparecen deformaciones no reversibles.Este tipo decomportamiento elasto-plsticodescrito ms arriba es el que se encuentra en la mayora de metales conocidos, y tambin en muchos otros materiales. Elcomportamiento perfectamente plsticoes algo menos frecuente, e implica la aparicin de deformaciones irreversibles por pequea que sea la tensin, la arcilla de modelar y laplastilinase aproximan mucho a un comportamiento perfectamente plstico. Otros materiales adems presentanplasticidad con endurecimientoy necesitan esfuerzos progresivamente ms grandes para aumentar su deformacin plstica total. E incluso los comportamientos anteriores puden ir acompaados de efectos viscosos, que hacen que las tensiones sean mayores en casos de velocidades de deformacin altas, dicho comportamiento se conoce con el nombre devisco-plasticidad.La plasticidad de los materiales est relacionada con cambios irreversibles en esos materiales. A diferencia delcomportamiento elsticoque es termodinmicamente reversible, un cuerpo que se deforma plsticamente experimenta cambios de entropa, como desplazamientos de las dislocaciones. En elcomportamiento plsticoparte de laenerga mecnicase disipa internamente, en lugar de transformarse enenerga potencial elstica.Microscpicamente, en la escala de la red cristalina de los metales, la plasticidad es una consecuencia de la existencia de ciertas imperfecciones en la red llamadas dislocaciones. En1934, Egon Orowan, Michael Polanyi y Geoffrey Ingram Taylor, ms o menos simultneamente llegaron a la conclusin de que la deformacin plstica de materiales dctiles poda ser explicada en trminos de la teora de dislocaciones. Para describir la plasticidad usualmente se usa un conjunto de ecuaciones diferenciales no lineales y dependientes del tiempo que describen los cambios en las componentes del tensor deformacin y el tensor tensin con respecto al estado de deformacin-tensin previo y el incremento de deformacin en cada instante.

Resistencia a la tencionQu es resistencia?. La resistencia de un elemento se define como su capacidadpara resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algn modo.

Significado de tension:Respuesta del cuerpo a la presin, fsica,mental o emocional.

Resistencia a la TensinSe determina por el estirado de los dos extremos de una probeta con dimensiones perfectamente determinadas y con marcas previamente hechas. Al aplicarfuerza en los dos extremos se mide la deformacin relacionndola con la fuerza aplicada hasta que la probeta rebasa su lmite de deformacin elstica y se deforma permanentemente o se rompe. Algunos materiales con mayor y menor resistencia a la tension son:

Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal componente es el fierro, sus principales caractersticas son su gran resistenciaa la tensin y dureza. Las principales aleaciones se logran con el estao, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio. Metales no Ferrosos por lo regular tienen menor resistencia a la tensin ydureza que los metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosin es superior. Los principales metales no ferrosos utilizados en la manufactura son: Aluminio Cobre Magnesio Nquel Plomo Titanio Zinc.

Limite proporcional: Esfuerzo de tensin en el que la deformacin aumenta sin que se observe un aumento del esfuerzo. Slo unos pocos materiales (especialmente el acero) tienen un punto de fluencia y, normalmente, slo bajo cargas de tensin.Limite elstico: Esfuerzo de tensin en el que la deformacin aumenta sin que se observe un aumento del esfuerzo. Slo unos pocos materiales (especialmente el acero) tienen un punto de fluencia y, normalmente, slo bajo cargas de tensin.Punto de cedencia o fluencia: Esfuerzo de tensin en el que la deformacin aumenta sin que se observe un aumento del esfuerzo. Slo unos pocos materiales (especialmente el acero) tienen un punto de fluencia y, normalmente, slo bajo cargas de tensin.Resistencia de cedencia o fluencia: La parte del diagrama esfuerzo-deformacin unitaria donde hay un incremento de la deformacin con poco o ningn aumento del esfuerzo se llama resistencia de fluencia o resistencia de cadencia, si. Indica que el material ha cedido o se ha alargado en forma plstica y permanente. Si el punto de fluencia es muy notable se llama punto de fluencia o de cedencia y no resistencia de fluencia.Resistencia mxima a la tensin: Esfuerzo de ingeniera ms alto desarrollado en un material antes de la ruptura. Normalmente, los cambios en el rea debido al cambio de carga y al encuellamiento se descartan para determinar la resistencia mxima.Ductilidad: La ductilidad es la propiedad que tiene un material de deformarse visiblemente (plsticamente) antes de llegar a la ruptura. Es decir, que el material puede ser estirado considerablemente antes de romperse.Maleabilidad: La maleabilidad es la propiedad que presentan algunos materiales de poder ser descompuestos en: lminas sin que el material en cuestin se rompa, o en su defecto, extendidos.Por ejemplo, los metales conocidos comometales maleables son aquellos que justamente cumplen con esta propiedad que mencionamos, el estao, el cobre, el aluminio, entre otros

Mdulo de elasticidad o mdulo de Young: Elmdulo de Youngomdulo de elasticidad longitudinales un parmetro que caracteriza el comportamiento de un material elstico, segn la direccin en la que se aplica una fuerza. Este comportamiento fue observado y estudiado por el cientfico inglsThomas Young.Para un materialelstico linealeistropo, el mdulo de Young tiene el mismo valor para unatraccinque para una compresin, siendo una constante independiente del esfuerzo siempre que no exceda de un valor mximo denominado lmite elstico, y es siempre mayor que cero: si se fracciona una barra, aumenta de longitudTipos de probetas utilizadas en ensayos de tencion:

Desarrollo de la prctica.

Material y/o equipo. Maquina universal de 50 ton marca galdabini Dispositivos y accesorios para el ensayo de tensin; mordazas, pndulo de rango de prueba, lpiz graficador, papel graficador, etc. Probeta estandarizada (varilla corrugada) de 3/8 Vernier o pie de rey y regla graduada, etc.

PROCEDIMIENTO: Colocar el papel milimtrico y el lpiz graficador Preparar la probeta. Entintar la zona de menor dimetro y marcar midiendo con el vernier el dimetro inicial(Di) y la longitud inicial (Lo=2) Determinar y fijar el rango de carga de prueba en base al tipo de material, ejemplo acero SAE 1020 Preparar y energizar la mquina de tensin Colocar los extremos de la probeta en las mordazas de tal manera que quede perpendicular al plano horizontal del puente Ajustar a 0 las agujas de la caratula de cargas en las consola de control Inicio de carga para romper la probeta Durante la prueba y al romperse la probeta tomar las lecturas de carga de cadencia(Po.2),Carga Mxima de tensin (Pb) y la carga de ruptura (Pr) Al romperse la probeta hay que retirar la probeta hay que retirar las partes de la mquina y posteriormente juntarlas y dimensionarlas, obtenindose as Lf y Df

Calculos y resultados.

La instalacin de ensayo se compone de: Maquina de ensayo en s (1). Panel de control (2). La maquina y el panel de control est unidos entre s por lneas hidrulicas y elctricas.La mquina de ensayo consta de: Base.(3) Marco suspendido con las placas (4) y (5), unidas solidaria ament por dos columnas(6) Placa de altura ajustable(7) Placa de gua(8) Dispositivos de sujecin y agarre(9) Celda de carga(10) LVDT(11)El panel de control consta: Visualizador de carga(12) Visualizados de desplazamiento(13) Tablero de control(14) Mando para caudal(15) Mando para Fuerza (16) Pndulo (17) Papel milimtrico y el lpiz graficador(18) Evidencias fotogrficas:

,Bibliografias.https://www.google.com.mx/search?q=plasticidad+mecanica&es_sm=122&biw=1242&bih=545&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=qydAVJ_FDKS7igKVv4GwCw&ved=0CAgQ_AUoAQ#facrc=_&imgdii=_&imgrc=9mH5xFOLyf-U0M%253A%3B9K_z9ZMWRvDTvM%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.arqhys.com%252Fconstruccion%252Ffotos%252Fconstruccion%252FPlasticidad-mecanica-de-solidos.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.arqhys.com%252Fconstruccion%252Fplasticidad-mecanica-solidos.html%3B300%3B215http://blog.utp.edu.co/metalografia/2012/07/31/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/http://www.monografias.com/trabajos72/diagrama-esfuerzo-deformacion/diagrama-esfuerzo-deformacion2.shtmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Plasticidad_(mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos)http://www.buenastareas.com/ensayos/Resistencia-Tension/250774.htmlhttp://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//4750/4913/html/11_ensayo_de_traccin.htmlhttps://www.google.com.mx/search?q=maquina+para+realizar+pruebas+de+tensi%C3%B3n+identificando+sus+partes&espv=2&biw=1242&bih=585&source=lnms&sa=X&ei=sDtAVPK5AsPCigKC54G4Aw&sqi=2&pjf=1&ved=0CAsQ_AUoAA&dpr=1.1#q=maquina+tension+diagrama