Instituto Politécnico Nacional

Unidad Profesional Interdisciplinaria de

Ingeniería Campus Zacatecas

Estructuras y propiedades de los

materiales

Dr. Miguel Fernando Delgado Pámanes

César Martínez Reyna

“Ingeniería Mecatronica”

Primer nivel

“1MM2”

“Ensayo de tensión de acero 1020”

Fecha de entrega: 06/02/15

II

Contenido

Introducción ..................................................................................................... III

Objetivos .......................................................................................................... III

Marco Teórico ................................................................................................. IV

Desarrollo ........................................................................................................ VI

Material .......................................................................................................... VIII

MÉTODOS ..................................................................................................... VIII

Datos ............................................................................................................... IX

Analisis de resultados ...................................................................................... XI

Conclusiones .................................................................................................. XII

Referencias ..................................................................................................... XII

III

Introducción

Muchos materiales cuando están en servicio están sujetos a fuerzas o cargas.

En tales condiciones conocer las características del material para diseñar el

instrumento donde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a

estar sometido no sean excesivos y el material no se fracture. El

comportamiento mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su

respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada.

Objetivos Reconocer y determinar de manera práctica las distintas propiedades mecánicas

de los materiales Sometidos a esfuerzos de tensión o tracción.

Reconocer y diferenciar los estados zona elástica y zona plástica de los metales.

Construir e interpretar la gráfica Esfuerzo y Deformación

Calcular el módulo de porcentaje de alargamiento y de reducción de área de los

metales entre otras.

Observar y reconocer ductilidad y fragilidad (en cuanto a su tolerancia a la

deformación).

IV

Marco Teórico

El ensayo de tensión tiene por objetivo definir la resistencia elástica, resistencia

última y plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas un axiales.

Esfuerzo de cedencia: El esfuerzo de cedencia es el esfuerzo al cual la

deformación plástica de hace importante. En los metales, es por lo general es

esfuerzo requerido para que las dislocaciones se deslicen. El esfuerzo de

cedencia, por tanto. El esfuerzo que divide los comportamientos elásticos y

plástico del material.

La curva esfuerzo de ciertos aceros de bajo carbono (1020) presentan un

esfuerzo de cedencia o limite elástico doble.

Resistencia de tensión: El esfuerzo obtenido de la fuerza más alta aplicada es

la resistencia a la tensión, que el esfuerzo máximo sobre la curva esfuerzo –

deformación ingenieril. En cierto momento una región se deforma más que

otras y ocurre una reducción local de importancia en la sección recta, esta

región localmente se conoce como “zona de estricción”, dado que el área de la

sección trasversal en este punto se hace más pequeña, se requiere una fuerza

menor para continuar su deformación y se reduce el esfuerzo ingenieril.

La resistencia a la tensión es el esfuerzo al cual se inicia este encuellamiento

en materiales dúctiles.

En la curva podemos distinguir dos regiones:

Zona elástica: La región a bajas deformaciones, donde se

cumple la Ley de Hooke: σ = E ε

(E = modulo elástico).

V

Tabla 1: Se detalla la composición química del acero 1020

Tabla 2: Propiedades mecánicas del acero 1020

Usos: se utiliza mucho en la condición de cementado donde la resistencia al

desgaste y el tener un núcleo tenaz es importante. Se puede utilizar

completamente endurecido mientras se trate de secciones muy delgadas. Se

puede utilizar para ejes de secciones grandes y que no estén muy esforzados.

Otros usos incluyen engranes ligeramente esforzados con endurecimiento

superficial, pines endurecidos superficialmente, piñones, cadenas, tornillos,

componentes de maquinaria, prensas y levas.

Propiedades elásticas: el modulo elástico o módulo de young (E), es la

pendiente de la curva esfuerzo-deformación en su región elástica. Esta

relación es la ley de Hooke:

La ductilidad: mide el grado de deformación que puede soportar un material sin

romperse. Se puede medir la distancia entre las marcase calibradas en una

probeta antes y después del ensayo.

El % de elongación representa la distancia que la probeta se alarga

plásticamente antes de la fractura:

Un segundo método para medir la ductilidad es calcular el cambio porcentual

en el área de la sección transversal en el punto de fractura antes y después del

ensayo. El % de reducción de área expresa el adelgazamiento sufrido por el

material durante la prueba:

VI

Imagen 1: Probeta acero 1020

Imagen 3: fijando las tenazas para un mejor agarre.

Imagen 4: probeta ya instalada.

Desarrollo

1.- Primeramente se procedió a poner marcas

a la probeta de acero 1020 con una distancia

de 2 pulgadas de distancia al centro de la

probeta.

2.- Se midió la longitud de la probeta y área de

esta misma para después ingresarlos al software

de la máquina.

3.- Al llegar nuestro turno se instaló la probeta en las tenazas de la maquina

hasta que quedo completamente fija.

Imagen 2: Medición de longitud y diámetro de la probeta

VII

4.- Después se puso el

extensómetro a la altura de las 2

marcas de la probeta que son de

2 pulgadas.

5.- Al termino del paso interior se cerró

la escotilla de seguridad y se procedió

a que la maquina iniciara el ensayo de

tensión.

6.- Después de cierto tiempo y cierta

tensión la probeta se fracturo se quitó

la probeta de las tenazas y se nos

envió los datos del diagrama esfuerzo-

deformación.

Imagen 5: instalación del extensómetro

Imagen 6: maquina universal en funcionamiento.

Imagen 7: Resultado del ensayo de la probeta acero 1020.

VIII

Material

Maquina universal de ensayos(SHIMADZU)

Buril ø16~23mm,343-08348-17

Probeta de Acero 1020(carbono)

Extensómetro

Lentes de protección

Guantes

Software de tención

MÉTODOS

Maquina universal de ensayos (SHIMADZU)

Con el uso de sistema de SHIMADZU

Para poder aplicarle la técnica de tensión

A la probeta y comprobar cuál es su máxima

Capacidad de estiramiento,

Obtenida por Software.

Buril ø16~23mm, 343-08348-17

Utilizado para mejor agarre

De la probeta de acero

Probeta de Acero 1020(carbono)

La probeta fue el experimento,

Obteniendo como resultado un

Encuellamiento en la mitad

De la probeta hasta tonar la probeta

IX

Extensómetro

El extensómetro se ocupó para saber

Que longitud en (mm) y a que peso en KN,

Paso después de ser tensionado.

Medidas de seguridad

Lentes de protección Guantes

Datos

X

XI

Analisis de resultados

Ensayo De Tensión

Tipo de Fractura: Fractura dúctil, la superficie presenta una parte plana y un labio de corte lo que confiere a la fractura una apariencia de “copa y cono” y aspecto fibroso

XII

Conclusiones

El acero, material usado en labores pesadas, dónde se requiere de una fuerte

resistencia, presenta el mayor esfuerzo de fluencia y esfuerzo máximo, es

decir, es el que soporta una mayor cantidad de esfuerzo antes de deformarse

plásticamente y antes de fallar, lo que lo convierte sin dudas en un material

resistente.

Los distintos materiales que existen y sus características permiten su utilización

según sea requerido, es decir, día a día se busca escoger el material más

idóneo para determinada actividad. Esta elección está determinada por las

propiedades mecánicas de los materiales, las cuales son: Esfuerzo de fluencia,

esfuerzo máximo, deformación a la ruptura, Tenacidad, ductilidad, entre otras,

las cuales permiten decir cómo se comportará el material a determinadas

condiciones, cuáles valores máximos de esfuerzo podrá soportar e incluso en

qué punto fallará.

El ensayo de tensión es ideal para medir las toneladas de tensión que puede

aguantar un acero y asi poder darle una aplicación a cada uno de los aceros

desde el 1010 hasta 1040 etc.

Al ser un acero 1020 presento que la tensión era menor hasta su punto de

fractura esto quiere decir que a mayor carbón contenga es más duro pero

menos dúctil.

El acero 1020 presenta que es un material dúctil lo cual hace que se pueda

usar para hacer distintas piezas que se puedan doblar, estirar, estampar,

recalcar.

Con ayuda de la máquina de ensayos de puede ver la gráfica esfuerzo

deformación y asi buscar más fácilmente los conceptos.

Referencias

www.repositoriodigital.ipn.mx/bitstream/.../TESIS%2014%20DIC

http://www.upbc.edu.mx/im/Resistencias%20y%20Tecnologia%20de%20los%2

0Materiales/Lecturas/Ciencia%20e%20Ingenieria%20de%20los%20Materiales

%20-%20Donald%20Askeland%20-%203edicion.pdf