Anisotropia

Universidad de Santiago de ChileFacultad de IngenieríaDepartamento de Metalurgia

LABORATORIO N° 1“Ensayo de Anisotropía”

Integrantes: Roberto FonsecaMaría Eugenia Jorquera

Asignatura: Metalurgia MecánicaProfesor: Konstantin Sipos

Ayudante: Gonzalo Necochea

Santiago, Mayo, lunes 12, 2014Resumen

Se realizó la actividad de laboratorio de forma satisfactoria, contemplando las propiedades de anisotropía de tres probetas, las cuales se sometieron a ensayo de tracción para su posterior análisis de los índices de anisotropía.

Se concluyó que la muestra que presenta mejor condición para trabajos de embutición es la probeta numero 1 laminada a 45°, ya que presenta el valor más alto, lo cual indica que se produce mayor deformación en el plano y un mínimo de deformación en el espesor de la misma.

Además la muestra que presenta el valor de ∆r menor es la que presentará menor cantidad de orejas en el proceso de embutido, esta sería la probeta número 3, la probeta número 1 y 2 presentarán orejas a 45° y 135°, y 0° y 90°, respectivamente

Índice

Índice..................................................................................................................................................................3

2. Objetivos......................................................................................................................................................2

2.1 Objetivo general.................................................................................................................................2

2.2 Objetivos específicos........................................................................................................................2

3 Base Teórica............................................................................................................................................3

3.1 Índice de anisotropía normal, r:..............................................................................................3

3.2 Índice de anisotropía normal promedio r :.........................................................................3

3.3 Índice de anisotropía plano ∆r :............................................................................................4

3.4 Texturas:..........................................................................................................................................4

4 Procedimiento Experimental.............................................................................................................54.1 Materiales y equipos...................................................................................................................5

4.2 Procedimiento...............................................................................................................................5

5 Resultados................................................................................................................................................7

6 Discusión y Análisis de Resultados.................................................................................................9

6.1 Roberto Fonseca:.........................................................................................................................9

6.2 María Eugenia Jorquera:..........................................................................................................10

7 Conclusiones..........................................................................................................................................11

7.1 Roberto Fonseca:.......................................................................................................................11

7.2 María Eugenia Jorquera:..........................................................................................................11

8 Bibliografía.............................................................................................................................................12

Laboratorio de Metalurgia mecánica

1. Introducción

Las distintas propiedades que poseen los materiales son de suma importancia para el motivo para el cual se utilizan, estas cualidades varían de un material a otro e inclusive dentro del mismo material. Esta cualidad que poseen los materiales se denomina anisotropía, propiedad que nos indica que un material no se comportará de igual manera ante distintos esfuerzos aplicados en distintas zonas de este. En definitiva, la anisotropía es la propiedad que posee un material de responder de distinta forma, dependiendo de la dirección en la cual se estudie. Esta propiedad es de vital importancia en la industria, en donde se necesita que los materiales tengan distintas formas de deformarse en distintas partes de este.

En el embutido necesitaremos distintas propiedades en el material ya que aquí requeriremos una mayor deformación planar a diferencia de una menor deformación en cuanto al espesor de la pieza. Por lo tanto necesitaremos que el material se comporte anisotrópicamente, para que estas deformaciones se vean favorecidas.

En el informe que se presenta a continuación se estudiaron las propiedades anisotrópicas de los materiales mediante ensayos de tracción y estudio de los resultados de estos y con los datos obtenidos se analizaron los usos de las piezas y cuál era la óptima para embutir.

1Universidad de Santiago de Chile


2. Objetivos

2.1 Objetivo general.

Determinar la anisotropía normal y plana en planchas de acero.

2.2 Objetivos específicos.

Determinar índices de anisotropía.

Analizar las condiciones de embutición.

Analizar la influencia en las propiedades mecánicas.



3 Base Teórica

3.1 Índice de anisotropía normal, r:

Dado que r mide deformaciones en los ejes w (ancho) y t (espesor), sus valores dependen de estos parámetros.

r=εwε tEcuación3 .1.1

r=lnw0

w f

lnt 0t f

Ecuación3 .1 .2

Luego de un ensayo de tracción hasta alcanzar 10, 15, 20% de deformación, se mide el largo y ancho iniciales y posteriormente se miden el largo y ancho finales una vez deformado el material. Este procedimiento se encuentra normalizado bajo especificaciones ASTM E-527.

Dado que el índice r informa de la anisotropía del material, la citada norma aconseja realizar determinación del índice r sobre probetas cortadas a 0°, 45° y 90° de la dirección de laminación.

3.2 Índice de anisotropía normal promedio r :

El valor de r indica la facilidad que posee un material para deformarse en un proceso de embutición.

r=r 0+2r 45+r 90

4Ecuación3.2 .1



3.3 Índice de anisotropía plano ∆r :

Este índice da cuenta de la mayor o menor facilidad que posee un material para deformarse en el plano de laminación. En efecto valores de ∆r bajos suponen que la deformación a 0 y 90° es similar a la deformación a 45°, por lo tanto el material se deformará de manera homogénea a lo largo de todas las direcciones. No se forman orejas. Para ∆r menor o mayor a 0, se formarán orejas.

∆r=r0−2 r45+r90

2Ecuación3 .3 .1

3.4 Texturas:

En la laminación se hace necesario definir, un parámetro que nos permita conocer en que direcciones el material podrá ser deformado con mayor facilidad, o a la vez determinar las condiciones para las cuales el material cumpla con los requerimientos del proceso de conformado. Para esto se definen las texturas como orientaciones cristalográficas presentes en el material, y se determinan por medio de (h k l) [u v w] donde h, k y l representan las coordenadas de un plano paralelo al de laminación, y donde u, v y w representan las coordenadas de una dirección paralela a la dirección de laminación.



4 Procedimiento Experimental

4.1 Materiales y equipos.

3 probetas de acero, orientadas a 0°, 45° y 90° de la dirección de laminación.

Máquina de tracción Tinius&Olsen.

Pie de metro.

Norma ASTM E-517.

4.2 Procedimiento.

Se medirán y marcarán 50 mm de largo en la probeta (Lo) estipulado por la norma ASTM E-517. Se medirá el ancho de la probeta (Wo). Se deformará hasta un 10% de deformación en la máquina de tracción. Se desmontará la probeta y se medirán el ancho final (Wf) y la distancia entre marcas (Lf).

En que Wo y Wf son los anchos inicial y final respectivamente. Lo y Lf son los largos (distancia entre marcas) inicial y final respectivamente.

Se contará con probetas orientadas a 0°, 45° y 90° de la dirección de laminación.

Descripción del procedimiento:

1. Se tomó la probeta cortada a 0° según el sentido de laminación.



2. Se marcaron 50 mm de largo en ella (l0), estipulado por la norma ASTM E-517.

3. Se medió el ancho inicial de la probeta (w0).4. La probeta se deformó hasta un 10% en la máquina de tracción.5. Finalmente, se medió en ancho y la distancia entre las marcas de

la probeta a 0° (w f y lf ) luego del ensayo de tracción.6. A partir de los datos dimensionales iniciales y finales de la

probeta, se determinó r según la fórmula 2.1.2 para obtener r0.7. Se repitieron los pasos desde 1 al 6 para las probetas a 45° y 90°

y obtener r 45 y r90.8. Con r0, r 45 y r90 ya obtenidos, se determinaran r y ∆r según las

fórmulas 2.2.1 y 2.3.1 respectivamente.



5 Resultados

Tabla 5.1 Probeta n° 1 ensayada

probeta 0° inicial final probeta 45° inicial final probeta 90° inicial finalAncho 12 11,4 Ancho 12,15 11,55 Ancho 12,2 11,55

Espesor 2 1,8 Espesor 1,9 1,85 Espesor 2 1,8

Viernes

Tabla 5.2 Probeta n° 2 ensayada

probeta 0° inicial final probeta 45° inicial final probeta 90° inicial finalAncho 11 10 Ancho 12,05 11,5 Ancho 12,65 11,3

Espesor 1,9 1,75 Espesor 1,8 1,7 Espesor 1,95 1,8

Lunes grupo 1

Tabla 5.3 Probeta n°3 ensayada

probeta 0° inicial final probeta 45° inicial final probeta 90° inicial finalAncho 12,2 11,9 Ancho 11,6 11,3 Ancho 13 12,45

Espesor 1,9 1,85 Espesor 1,95 1,85 Espesor 2 1,7

Lunes grupo 2

Aplicando las ecuaciones 3.1.2, 3.2.1 y 3.3.1 se obtienen los siguientes resultados



Tabla 5.4 índice anisotropía normal, promedio y plano probeta n°1

Viernesr0= 0,48683602 r 1,20113504r45= 1,89902743 ∆r -1,39578479r90= 0,51964927


Lunes grupo 1r0= 1,15895408 r 1,05088859r45= 0,81733592 ∆r 0,46710534r90= 1,40992843


Lunes grupo 2r0= 0,93360286 r 0,54876378r45= 0,49773013 ∆r 0,10206729r90= 0,265992



6 Discusión y Análisis de Resultados

6.1Roberto Fonseca:

Basándose en los resultados de nuestra experiencia (grupo 1, lunes), podemos apreciar una clara condición de anisotropía en el material de acero, debido a que cada probeta nos entregó valores distintos en su índice de anisotropía normal, puesto a que cada una estaba orientada en distintos ángulos según la laminación. Con estos datos se puede llegar a la conclusión que la probeta orientada a 90°, según la dirección de laminación, es la que presenta mejores condiciones para someterla a un proceso de embutido, ya que el valor de r es el mayor, si lo comparamos con las otras probetas que tienen otra orientación, entonces asumimos que su deformación en el plano fue mucho mayor que su disminución de espesor. Por el contrario, la que posee peores condiciones de embutición será la probeta orientada a 0° respecto a la dirección de laminación.

Analizando el índice de anisotropía promedio se puede llegar a la conclusión que el material presenta unas muy buenas condiciones de embutibilidad debido a que el valor de r > 0, lo que nos indica que las deformaciones en el plano son mayores que la deformación que sufre el espesor. Además analizando el índice de anisotropía planar, ∆r, se puede corroborar la buena condición de embutibilidad aunque con una leve formación de orejas, es decir, al momento de embutirlo, no se deformara homogéneamente a lo largo de la extensión del material.



6.2 María Eugenia Jorquera:

Haciendo uso de los valores obtenidos podemos analizar y comparar los resultados de las tablas adjuntas 4.4, 4.5 y 4.6 (valores trabajados a partir de las tablas adjuntas 4.1, 4.2 y 4.3). Se aprecia que todas las probetas traccionadas presentan anisotropía, esto ya que presentan todas diferentes índices r, según el ángulo de corte a partir del sentido de laminación. El valor de mejor comparación de propiedades del material es Índice de anisotropía plano ∆r( facilidad que posee un material para deformarse en el plano de laminación), según éste y por definición, resultados cercanos a cero es el que presentará una deformación homogénea a lo largo de todas las direcciones y tenderá a no formar orejas, haciendo uso de este criterio, la probeta número 3 (laboratorio día lunes, grupo 2) es la que presenta el valor más bajo, por lo tanto sería la más apropiada de utilizar en procesos de conformado. Por otra parte tenemos que para valores negativos de ∆r indica la formación de orejas a 45° y 135°, este es el caso de la probeta número 1 (laboratorio día viernes) por lo mismo no resulta ser un material óptimo para los procesos de conformado, ya que se necesitará de energía extra para poder retirar las orejas formadas en el método utilizado. De la misma forma se puede analizar la probeta 2 (laboratorio día lunes, grupo 1), la cual a pesar de tener un bajo valor de ∆r , éste es mayor al de la probeta 3, y esta tenderá a formar más orejas en 0° y 90° que la última mencionada.

Analizando de manera puntual los valores de “r”, y sabiendo la premisa que para favorecer operaciones de embuticiones exitosas, es preciso que se produzca el máximo de deformaciones en el plano y un mínimo de deformación en el espesor, lo cual se traduce en valores altos de “r”, comparando las 3 probetas, la número 1 laminada a 45°, es la que presenta valores más altos, por lo tanto es la que presenta mejores condiciones para proceso de embutido, y la que peor resulta para estos métodos sería la probeta 3 laminada a 90°. Para el caso puntual de nuestro grupo la que presenta mejor y peor



propiedades de embutición respectivamente son, probeta 2 laminada a 90° y 45°.

7 Conclusiones

7.1 Roberto Fonseca:

Se determinaron los distintos índices de anisotropía, como la normal, promedio y planar, para cada una de las distintas probetas.

Se analizaron los distintos valores de anisotropía en las distintas probetas y se comprobó cual era el con mejores condiciones de embutibilidad.

Se definió matemáticamente, con los índices de anisotropía, cuales probetas no eran aptas para la embutición.

7.2 María Eugenia Jorquera:

Se determinaron los valores de los índices de anisotropía normal y plana en planchas de acero, para cada probeta traccionada.

Junto con determinar los índices se analizaron las condiciones de embutición, comparándolas y rescatando la mejor a utilizar.



8 Bibliografía

Apunte profesor A. Monsalve Capitulo 1 Anisotropía.


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