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Traccion, Aceros Especiales Propiedades mecanicas, con soldadura, sin soldadura, informe laboratorio.

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  • 1

    LABORATORIO DE METALURGIA MECANICA

    TRACCION EN ACERO N80 SIN CORDON DE SOLDADURA Y API-5L CON CORDON DE

    SOLDADURA

    ELVER ANDRES CAMARGO BORDA 200820311

    UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE METALURGIA

    TUNJA 2015

  • 2

    LABORATORIO DE METALURGIA MECANICA

    TRACCION EN ACERO N80 Y API-5L CON CORDON DE SOLDADURA

    ELVER ANDRES CAMARGO BORDA 200820311

    DOCENTE ING. MONICA MELGAREJO

    UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE METALURGIA

    TUNJA 2015

  • 3

    INTRODUCCION

    En este laboratorio se busca obtener las propiedades de 2 probetas de Acero AISI N80 y API 5L,

    usando los datos obtenidos en un ensayo de traccin, las propiedades a medir sern el Limite de

    fluencia, el Esfuerzo mximo, Deformacin mxima, para realizar tales mediciones se analizaran

    las curvas de Esfuerzo vs Deformacin, formadas con los datos obtenidos del ensayo.

    En este informe se explica la influencia de un cordn de soldadura aplicado transversalmente a

    una probeta de acero API 5L, el objetivo es ver cmo son afectadas las propiedades mecnicas de

    este acero y compararlas con las propiedades mecnicas calculadas para el acero N80 si cordn de

    soldadura.

    Para esta experiencia se realizo un ensayo de traccin, en esta operacin se somete a una probeta

    a una carga que aumenta de forma gradual hasta que se llega al punto de ruptura de la probeta,

    pasando por 4 zonas distintos, tales comportamientos se notaran en los grficos de Esfuerzo vs

    Deformacin, estas zonas corresponden a:

    Deformacin elstica, fluencia, deformacin plstica.

  • 4

    PROCEDIMIENTO

    La probeta de acero N80 se maquino mediante normas ASTM, mientras que la probeta de acero

    API 5L se mecanizo segn normas AWS B4, la cual indica las dimensiones de una probeta con un

    cordn de soldadura de forma transversal.

    A cada filete de acero de coloco en la maquina universal de ensayos a traccin, a una velocidad de

    5mm/min.

    Se tomaron las dimensiones de cada probeta antes y despues del montaje en la maquina

    universal.

    Para N80

    Longitud calibrada: 165mm

    Longitud final: 175mm

    Largo: 7mm

    Largo final: 3,47mm

    Ancho Inicial: 9,9mm

    Ancho final: 9,1mm

    Para API-5L

    Longitud calibrada: 110mm

  • 5

    Longitud final: 135mm

    Largo inicial: 12,6mm

    Largo final: 6,9mm

    Ancho inicial: 21,1mm

    Ancho final: 12,7mm

    Una vez fallados los filetes de acero se tomo la informacin generada por la mquina de ensayos,

    en la cual se encuentra la grafica esfuerzo deformacin y la carga mxima aplicada. Con estos

    datos se procedi a realizar los clculos correspondientes.

  • 6

    CALULOS

    ACERO API5L

    rea transversal de forma rectangular

    Altura Inicial calibrada: 110mm

    Altura final: 135mm

    =135 110

    110= 0,227

    Ancho Inicial: 12,6mm

    Ancho final: 6,9mm

    = 12,6 6,9

    12,6= 0,2142

    Largo Inicial: 21,1mm

    Largo final: 12,7mm

    rea transversal: 21,1mm*12,7mm= 265,86 mm^2

    Carga mxima soportada: 181,203 KN = 181203 N

    =

    =

    181203

    265,862= 681,573

  • 7

    Relacin de Poisson

    = 0,227

    0,2142= 1,061

    Modulo de elasticidad

    =

    = 681,573 1,061 = 723,17

    Fluencia:

    = 0,2 =0,20,2

    = (681,573) 0,2 = 136,31

    Porcentaje de elongacin:

    % =135 110

    110 100 = 22,72%

    Porcentaje de reduccin de area:

    rea Inicial: 265,86 mm^2

    Area final: 12,7mm*6,9mm=87,63mm^2

    % =265,862 87,632

    265,862 100 = 67,04%

    Forma de Rotura

  • 8

    En este acero sometido a traccin, se presento una fractura ductil. Hay una gran deformacin

    plstica, la cual esta registrada en el diagrama esfuerzo deformacin. Esta gran deformacin se

    debe al cordon de soldadura presente, este le aumenta significativamente su resistencia; con este

    refuerzo, la maquina tiene que realizar un mayor esfuerzo para fracturar el metal, por lo tanto

    habr una mayor deformacin plstica; aunque la velocidad de ensayo no se cambio, tambin se

    presenta un endurecimiento por deformacin, la cual tambin influye en la deformacin plstica.

    Con la visible formacin de un cuello de botella, la fractura presente en este acero posee un

    aspecto astillada, la forma de fractura es posee elementos de cizallante, se puede ver que la grieta

    se propaga diagonalmente, por cual se puede decir que va ocurrir una fractura cizallante mediante

    deslizamiento de plano. La fractura cnica deja cavidad en la parte inferior de la probeta como se

    ve en la imagen, con lo cual este acero presento una fractura dctil combinada.

    Diagrama Esfuerzo-Deformacin

  • 9

    ACERO N80

    rea transversal de forma rectangular

    Altura Inicial Calibrada: 165mm

    Altura final: 175mm

    =175 165

    165= 0,06060

    Ancho Inicial: 7mm

    Ancho final: 3,47mm

    = 7 3,47

    7= 0,504

    Largo Inicial: 9,9mm

    Largo Final: 9,1mm

    Area Transversal: 9,9mm*7mm=63mm^2

  • 10

    Carga mxima soportada: 47,2031 KN=47203,1N

    =

    =

    47203,1

    69,3 2= 681,14

    Modulo de Poisson

    = 0,06060

    0,504= 0,1202

    Modulo de Elasticidad

    =

    = 681,14 0,1202 = 81,87

    Fluencia:

    = 0,2 =0,20,2

    = (681,14) 0,2 = 136,228

    Porcentaje de elongacin:

    % =175 165

    165 100 = 6,06%

    Porcentaje de reduccin de area:

    rea Inicial: 63 mm^2

    rea final: 3,47mm*9,1mm=31,577mm^2

    % =632 31,572

    632 100 = 49,88%

  • 11

    Forma de Fractura

    En este acero se puede apreciar una propagacin transversal de la grieta, lo cual produce una

    fractura por despegue de aspecto fibroso. Al igual que en el acero anterior hay una buena

    deformacin plstica, con un cuello de botella visible.

    La deformacin plstica no fue tan grande como en el acero API-5L, pero igualmente presenta

    ductilidad. A pesar de ser ductil, al alcanzar el punto de esfuerzo mximo, hay una cada rpida de

    su resistencia, lo cual genera una rpida fractura.

    Diagrama Esfuerzo-Deformacion

  • 12

    Cuestionario

    Medidas de probeta con soldadura de transversal.

    La norma AWS B4 especifica las siguientes dimensiones, para una probeta de acero con cordon de

    soldadura.

    En esta norma, las dimensiones W y T, varan, con lo cual se tienen tolerancias diferentes para

    especmenes (probetas).

  • 13

    Medidas para probeta con soldadura longitudinal

    Para estas probetas, C, B y W pueden variar con las siguientes dimensiones.

    Propiedades Acero AISI N80

    Propiedades Mecnicas

    Resistencia

    Mecanica689 Mpa min 100000 psi min

    552 Mpa min 758 Mpa max

    80000 psi min 110000 psi max

    Elongacion

    total bajo

    carga

    0,500% min

    Fluencia

  • 14

    Composicin Qumica

    Especificaciones API-5L

    Composicin qumica

    C Si Mn P S

    0,22 0 0,9 0,03 0,03

    Propiedades mecnicas

    Resistencia Mecnica

    46800 min psi 335 MPa min

    Fluencia 30500 psi min 210 min MPa

    Las propiedades difieren entre los dos aceros, el API-5L posee una gran variedad de grados, los

    datos obtenidos pertenecen a un grado A o L210, debido a la aplicacin en el sector petrolero que

    este tiene; mientras que el acero N80, que tambin se utiliza en el sector petrolero (para tubera)

    esta estandarizado para un solo grado con una composicin qumica estndar al igual que sus

    propiedades mecnicas.

    COMPARACION DE RESULTADOS

    Resistencia (MPa)

    Fluencia (MPa)

    Modulo Poisson

    % Reduccin

    rea

    Modo de Fractura

    Modulo de

    Elasticidad (MPa)

    N80 681,14 136,228 0,1202 49,88 Dctil por despegue

    81,87

    API-5L 681,573 136,31 1,061 67,04 Dctil por cizallamiento

    723,17

  • 15

    El acero API-5L posee mayor propiedades mecnicas debido a que el cordn de soldadura le

    proporciono una mayor resistencia, con lo cual el esfuerzo necesario para traccionarlo fue ms

    alto, por lo tanto hubo un mayor comportamiento dctil, el cual se ve reflejado en la grafica

    esfuerzo deformacin y en su porcentaje de reduccin de rea la cual se redujo en un 67%.

    A pesar del aumento de algunas de sus propiedades mecnicas, el acero API-5L y N80 obtuvieron

    el mismo valor para el esfuerzo a la traccin; esto por su parte indica que el acero N80 por si solo

    tiene una mayor resistencia a la traccin que el acero API-5L sin cordn de soldadura, ya que con

    la soldadura el esfuerzo realizado fue mayor que en el acero N80 el cual igualo al esfuerzo de este

    acero, por lo tanto la soldadura acta en este acero como un refuerzo mecnico, es decir que

    mejora sus propiedades mecnicas.

  • 16

    CONCLUSIONES

    El acero API-5L genero una mayor resistencia a la traccin (KN) que el acero N80

    Cordn de soldadura proporciona mayor resistencia en sus propiedades mecnicas

    calculadas

    Ambas probetas sufrieron de fractura dctil

    La probeta de acero API-5L sufri una mayor deformacin plstica debido a que la

    maquina realizo un mayor esfuerzo para fallarla.

    Sin cordn de soldadura el acero API-5L posee unas menores propiedades mecnicas.