INFORME DE LABORATORIO - PRACTICA 2

DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A TRACCION DE

UN MATERIAL DE ACERO

EN LA MATERIA DE RESISTENCIA MECANICA DE MATERIALES

UNIVERSIDAD LIBRE

JUNIO DE 2010

1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Determinar la resistencia a tracción de una lámina de acero de bajo carbono.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Llevar el material hacia la rotura mediante una carga axial aplicada por la maquina universal de ensayos mecánicos.

Determinar la deformación de la lámina a medida que aumenta la carga hasta que falla la probeta.

Calcular las deformaciones unitarias, el esfuerzo y tabularlos.

Realizar el grafico esfuerzo – deformación unitaria con los datos obtenidos en la práctica.

Determinar el tipo de fractura obtenido.

2. MARCO TEORICO

Ensayo de tracción:

El ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Las velocidades de deformación en una ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas (ε=10-4 a 10-2 s-1).

En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los materiales elásticos:

Módulo de elasticidad (Módulo de Young.

Coeficiente de Poisson. Límite de proporcionalidad. Límite de fluencia o límite elástico

aparente. Límite elástico. Resistencia a la tracción. Alargamiento de rotura. Estricción.

En el ensayo se mide la

deformación (alargamiento) de la probeta entre dos puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se representa gráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la sección de la probeta).

Gráfica obtenida por computadora en el ensayo de tensión.1

Deformaciones

Un cuerpo sometido a un esfuerzo de tracción sufre deformaciones positivas (estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la tracción. Sin embargo el estiramiento en ciertas direcciones generalmente va acompañado de acortamientos en las direcciones transversales; así si en un prisma mecánico la tracción produce un alargamiento sobre el eje "X" que produce a su vez un encogimiento sobre los ejes "Y" y "Z". Este encogimiento es proporcional al coeficiente de Poisson.Cuando se trata de cuerpos sólidos, las deformaciones pueden ser permanentes: en este caso, el cuerpo ha superado su punto de fluencia y se comporta de forma plástica, de modo que tras cesar el esfuerzo de tracción se mantiene el alargamiento; si las deformaciones no son permanentes se dice que el cuerpo es elástico, de manera que, cuando desaparece el esfuerzo de tracción, aquél recupera su longitud primitiva.La relación entre la tracción que actúa sobre un cuerpo y las deformaciones que produce se suele representar gráficamente mediante un diagrama de ejes cartesianos que ilustra el

proceso y ofrece información sobre el comportamiento del cuerpo de que se trate.2

3. MATERIALES Y EQUIPOS USADOS

Maquina Universal de Ensayos:

1 http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_tracci%C3%B3n2 http://es.wikipedia.org/wiki/Tracci%C3%B3n

La instalación de ensayo se compone de:          Máquina de ensayo en sí (ítem 1 Fig. 4)          Panel de control (18)La máquina y el panel de control están unidos entre sí por líneas hidráulicas y eléctricas.La máquina de ensayo consta de:         Base (9a)         Marco suspendido con las placas (3) y (9), unidas solidariamente por dos columnas (7a).         Placa de altura ajustable (6a)         Placa de guía (2)         Regleta y otros dispositivos de medida (20)         Dispositivos de sujeción y agarre (4, 5, 6, 7 y 8)El panel de control consta:         Sistema hidráulico de aplicación de carga         Dinamómetro (dispositivo de medición de la carga) con carátula (19)         Tablero de control (17)        

Ya que el sistema hidráulico posee un cilindro de simple efecto, al aplicar presión hidráulica la placa (9) “sube” realizando una acción de compresión contra la placa ajustable (6a). Para poder realizar una acción de tracción la máquina posee un “inversor”. Que consta de las placas (9) y (3) unidas solidariamente por las columnas (7a).

Se usa la máquina universal de ensayo WPM ZD 40 en la cual se pueden realizar ensayos de tracción, compresión y flexión, con el objeto de determinar las propiedades de muchos materiales. La máquina trabaja hidráulicamente y es accionada por un motor eléctrico, esto para la parte encargada de la aplicación de la carga a las probetas; para la parte de medición, la máquina de ensayos está equipada de un  dinamómetro con barra a torsión de baja inercia.3

3 http://www.utp.edu.co/~gcalle/Contenidos/WPM40.htm

En ingeniería se denomina máquina universal a una máquina semejante a una prensa con la que es posible someter materiales a ensayos de tracción y compresión para medir sus propiedades. La presión se logra mediante placas o mandíbulas accionadas por tornillos o un sistema hidráulico. Esta máquina es ampliamente utilizada en la caracterización de nuevos materiales. Así por ejemplo, se ha utilizado en la medición de las propiedades de tensión de los polímeros.4

Lamina de acero de bajo carbono (97.08 mm x 310 mm x 2.6 mm)

Acero bajo en carbono: menos del 0,25% de C en peso. Son blandos pero dúctiles. Se utilizan en vehículos, tuberías, elementos estructurales, etcétera. También existen los aceros de alta resistencia y baja aleación, que contienen otros elementos aleados hasta un 10% en peso; tienen una mayor resistencia mecánica y pueden ser trabajados fácilmente.5

NORMA ASTM E8

Describen los métodos de ensayo para determinar resistencia a la tensión, tracción, alargamiento y reducción del área de productos metálicos. Se aplica a los materiales metálicos, en cualquier forma, incluyendo: hojas, láminas, alambre, varillas, barras, tubos. Para cada uno de estos tipos de muestras, el estándar define geometrías y dimensiones adecuadas, que requieren soluciones específicas de agarre que son críticos para realizar una prueba exitosa.

Los tipos más comunes de los especímenes son rectangulares y redondos. Muestras de placa rectangular con una sección reducción de la superficie con un ancho de 1,5 pulgadas y un espesor nominal de 3/16 pulgadas o más. Hoja de especímenes tienen una sección rectangular de área reducida de 1/2 pulgadas y su grosor no debe superar los 3/4 pulgadas.

Para la prueba de los especímenes tipo rectangular utilizamos una variedad de apretones mecánicos actuando como una cuña, tanto de modo manual, neumático e hidráulico, con caras planas dentadas. En el caso de ejemplares ronda, le sugerimos utilizar caras vee-dentada o con rosca, que depende de la geometría de la pieza termina. Para probar los cables finos que suelen utilizar agarra el cable y los hilados de neumáticos que distribuir adecuadamente la carga en una larga sección del cable para evitar que los frenos en la zona de sujeción.

4. PROCEDIMIENTO

Se corta la pieza en las dimensiones indicadas en la norma ASTM.

Se acondiciona la máquina para la prueba, colocando las mordazas correspondientes para realizar el ensayo correctamente.

Se inicia el proceso de tracción con 300 kg f y cada 200 kgf tomamos la deformación de la probeta hasta que falla.

4 http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_universal5 http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro

Tomamos las dimensiones finales de la lámina de acero y comparamos resultados.

Realizamos la gráfica esfuerzo-deformación unitaria y los cálculos correspondientes al estudio

Presentación del informa de laboratorio

5. DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

Y GRAFICO ESFUERZO – DEFORMACIÓN

Fuerza (Kgf)

Deformacion Deformacio

n (Escala 0.01 mm)

Deformacion Unitaria e=δ/Lo

Esfuerzo ( f/a)

300 317 3,17 0,0149 1,189400 352 3,52 0,0165 1,585600 407 4,07 0,0191 2,377800 444 4,44 0,0208 3,169

1000 481 4,81 0,0226 3,9621200 514 5,14 0,0241 4,7541400 542 5,42 0,0254 5,5471600 568 5,68 0,0267 6,3391800 590 5,9 0,0277 7,1312000 609 6,09 0,0286 7,9242200 628 6,28 0,0295 8,7162400 648 6,48 0,0304 9,5082600 666 6,66 0,0313 10,3012800 682 6,82 0,0320 11,0933000 702 7,02 0,0330 11,8853200 723 7,23 0,0339 12,6783400 745 7,45 0,0350 13,4703600 768 7,68 0,0361 14,2633800 795 7,95 0,0373 15,0554000 821 8,21 0,0385 15,8474200 849 8,49 0,0399 16,6404400 879 8,79 0,0413 17,4324600 903 9,03 0,0424 18,2244800 929 9,29 0,0436 19,0175000 964 9,64 0,0453 19,8095200 997 9,97 0,0468 20,6015400 1046 10,46 0,0491 21,3945600 1170 11,7 0,0549 22,1865800 1254 12,54 0,0589 22,9786000 1365 13,65 0,0641 23,7716200 1545 15,45 0,0725 24,5636400 1764 17,64 0,0828 25,3566600 2024 20,24 0,0950 26,1486800 2414 24,14 0,1133 26,9407000 2887 28,87 0,1355 27,7337200 3385 33,85 0,1589 28,5257400 4187 41,87 0,1966 29,3172960 7400 74 0,3474 11,727

0.0000 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.2500 0.3000 0.3500 0.40000.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

Esfuerzo - Deformacion

6. CALCULOS

Esfuerzo máximo o último

σ max= FmaxA

=7400Kgf

252 . 4mm2=29. 31

Kgf

mm2

Esfuerzo último

Esfuerzo en límite elástico

Módulo de Young

% de Alargamiento o Elongación

% de Estricción

7. DATOS INICIALES – DATOS FINALES

DIMENSIONES INICIALES DIMENSIONES FINALESLONGITU ANCHO ESPESOR AREA LONGITUD ANCHO ESPESO AREA

σ ultimo=FultimoA

=2960Kgf

252 . 4mm2=11.72

Kgf

mm2

σ lím= F limA

=5400kgf

252 . 4mm2=21 . 39

kgf

mm2

E=σe=15 .847 kgf /mm2

0 .0385=411. 610kgf /mm2

% Al argamiento=Lf−LoLo

∗100=278mm−213mm213mm

∗100=30 . 51%

%Estricción=A i−A fA i

∗100=252 . 4mm2−101 . 94mm2

252 . 4mm2∗100=59. 61 %

D R213 mm 97.08 mm 2.6 mm 252.4 mm2 278 mm 76.08 mm 1.34 mm 101.947 mm2

8. PREGUNTAS En qué consiste el principio hidráulico de la física,

específicamente el principio hidráulico del equipo?

La hidráulica es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa (fuerza) y empuje de la misma.

Ya que el sistema hidráulico del equipo posee un cilindro de simple efecto, al aplicar presión hidráulica la placa “sube” realizando una acción de compresión contra la placa ajustable. Para poder realizar una acción de tracción la máquina posee un “inversor”.

Qué tipo de fractura (frágil o dúctil) se presentó en la lámina de acero?

Fractura Dúctil:

Esta fractura ocurre bajo una intensa deformación plásticaLa fractura dúctil comienza con la formación de un cuello y la

formación de cavidades dentro de la zona de estrangulamiento. Luego las cavidades se fusionan en una grieta en el centro de la muestra y se propaga hacia la superficie en dirección perpendicular a la tensión aplicada. Cuando se acerca a la superficie, la grieta cambia su dirección a 45° con respecto al eje de tensión y resulta una fractura de cono y embudo.

Fractura Frágil:

La fractura frágil tiene lugar sin una apreciable deformación y debido a una rápida propagación de una grieta. Normalmente ocurre a lo largo de planos cristalográficos específicos denominados planos de fractura que son perpendiculares a la tensión aplicada.La mayoría de las fracturas frágiles son transgranulares o sea que se propagan a través de los granos. Pero si los límites de grano constituyen una zona de debilidad, es posible que la fractura se propague intergranularmente. Las bajas temperaturas y las altas

deformaciones favorecen la fractura frágil.6

En conclusión, el tipo de fractura obtenido en la práctica fue DUCTIL, ya que se forma un cono en la zona de estrangulamiento y la grieta se propaga en dirección de 45º.

9. CONCLUSIONES

Se aprendió a utilizar la maquina universal de ensayo y con esta realizar una prueba a tracción de la lámina de acero.

A medida que iba aumentando la carga la lámina de acero se fue alargando y en el centro se iba adelgazando hasta que falló.

La prueba se realizó basándonos en la norma ASTM E8. Según el tipo de fractura obtenido, la falla fue DUCTIL ya que la grieta se propagó con una

dirección de 45º.

6 http://www.monografias.com/trabajos46/fracturas-mecanicas/fracturas-mecanicas2.shtml

10. BIBLIOGRAFIA

http://www.utp.edu.co/~gcalle/Contenidos/WPM40.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_universal

http://es.wikipedia.org/wiki/Tracci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_tracci%C3%B3n

http://www.monografias.com/trabajos46/fracturas-mecanicas/fracturas-mecanicas2.shtml

http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro