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Tecnología de Materiales Avanzados

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Tema :

Laboratorio N°1: ENSAYO DE TRACCIÓN Código : Semestre: III Grupo : F

Nota:

Alumno(s)

Auquilla Huayna Erick Samuel

Merma Cuellar Bryan

Checahuari Gutiérrez Iván

Málaga Cuadros

Fabián Toledo Oscar

Programa : C-3 Mantenimiento de Maquinaria Pesada

Profesor : Manuel Gómez

Fecha de entrega: Hora :

CURSO: “TECNOLOFIA DE MATERIALES

AVANZADA”

LABORATORIO N° 01


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Tema :


Nota:

1. INTRODUCCIÓN:

En la mayoría de las ocasiones, los materiales metálicos se emplean con fines estructurales. Es decir, los componentes fabricados con metales deben responder de forma adecuada a determinadas situaciones mecánicas. La expresión de responder de forma adecuada puede entenderse en muy diferentes sentidos.

En múltiples aplicaciones el factor que limita la vida útil de un componente no es su fractura, si no que puede ser cierto grado de desgaste o el desarrollo de una grieta de cierto tamaño. El abanico de posibilidades se abre aun mas cuando se considera la naturaleza de las solicitaciones mecánicas que deben de ser soportadas. Éstas pueden ser constantes en el tiempo o variables, en este último caso, la velocidad de variación puede ser reducida o elevada, pueden actuar de forma localizada o distribuida en el material. Y, en este último caso, la distribución de esfuerzos puede ser uniforme o no.

Para determinar cuáles son las condiciones óptimas de trabajo en estos casos, es necesario conocer cuál es la relación entre los esfuerzos que se aplican y las deformaciones que se producen y cual es la máxima deformación que admite el material sin llegar a romper.

2. OBJETIVOS:

Realizar probetas de tracción conforme a la normalización aplicable.

Realizar e interpretar los valores obtenidos en los ensayos de tracción para diferentes materiales.

Realizar informe técnico de resistencia a la tracción para diferentes

materiales metálicos y no metálicos

3. IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD


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Tema :


Nota:

4. HERRAMIENTAS Y EQUIPOS:

Máquina de ensayo de tracción ZWICK ROELL(rango 0-50KN)

Software para ensayo de tracción TESTXPERT.

Pie de rey para mediciones.

5. MATERIALES:

Probetas de tracción cilíndricas de diferentes materiales.

Cobre

Bronce

Acero

Acero inoxidable

aluminio

6. SEGURIDAD

RIESGO CONTROLES

Cortocircuitos

Los componentes mecánicos y/o

eléctricos, no se debe

Conectarse adecuadamente la toma de corrientes.

Daño a los instrumentos de comprobación.

Tener cuidado con el empleo correcto de

los instrumentos de medición y

Comprobación.

Medio ambiente

Tener cuidado con el empleo correcto de las máquinas y eliminación de los residuos después del ensayo.


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Tema :


Nota:

7. FUNDAMENTO TEORICO

a. ENSAYO DE TRACCION

Uno de los ensayos mecánicos tensión - deformación más común es el realizado a tracción. El ensayo de tracción puede ser utilizado para determinar varias propiedades de los materiales. Normalmente se deforma una probeta hasta rotura, con una carga de tracción que aumenta gradualmente y que es aplicado uniáxicamente a lo largo del eje de la probeta. Los ensayos de tracción se realizan en materiales metálicos y no metálicos, donde existen diferentes normas para preparar probetas y realizar el ensayo de tracción, la normalización mayormente utilizada es la dada por la ASTM


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Tema :


Nota:

b. CURVAS ESFUERZO - DEFORMACION

Deformación elástica

Precede a la deformación plástica.

Es reversible.

Desaparece cuando la tensión es removida.

Es prácticamente proporcional a la tensión aplicada.(obedece a la ley de Hooke)

Deformación plástica

Es provocada por tensiones que sobrepasan el límite de elasticidad.

Es irreversible por que el resultado del disloca miento es permanente y no desaparece cuando la tensión es removida.


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Tema :


Nota:

Tensió

n n

om

inal

Deformacion (

Deformación de fractura

Deformación uniforme

Te

nsió

n d

e f

ractu

ra

Resis

tencia

a la

tra

cció

n

Limiteelastico


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Tema :


Nota:

8. PROCEDIMIENTO:

TAREA 1: Operación de la máquina de tracción

Antes de realizar el ensayo de tracción de diferentes materiales realizar una breve lectura del manual de operación.

Verificar el programa de ensayo de tracción TESTXPERT y su forma de utilización.

Verificar el programa de modulo educacional del software TESTXPERT.

Indicar los principales iconos y herramientas para el uso del software.

TAREA 2: Realización de ensayo de Tracción

Ejecutar, evaluar e interpretar la resistencia a la tracción de los materiales propuestos mediante los ensayos realizados en la máquina de tracción, para probetas circulares.

Calcular la resistencia a la tracción y demás datos de manera teórica o a través de fórmulas aplicables y completar el cuadro.

MATERIAL Lo

(mm)

Do chaflán

(mm)

Df ruptura

(mm)

Ao

(mm2)

A deruptura

(mm2)

Lf

(mm)

Aluminio 50 8 4.2 50.27 13.85 60.5

Cobre 50 8 4.5 50.27 15.90 58.0

Bronce 50 8 5.35 50.27 22.48 60.5

Ac .Inoxidable 50 8 4.75 50.27 17.72 73.5

Acero dulce 50 8 4.4 50.27 15.20 64.3

Cálculo del AREA de las probetas:

Aluminio:

Calculando el área inicial:


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Tema :


Nota:

𝐴𝑜 =𝜋 𝐷𝑜^2

4 =

𝜋 (8)^2

4= 50.27mm2

Calculando el área de ruptura:

𝐴𝑟𝑢𝑝 =𝜋 𝐷𝑓^2

4 =

𝜋 (4.2)^2

4= 13.85mm2

Cobre:



4 =

𝜋 (8)^2

4= 50.27mm2



4 =

𝜋 (4.5)^2

4= 15.90mm2

Bronce:



4 =

𝜋 (8)^2

4= 50.27mm2



4 =

𝜋 (5.35)^2

4= 22.48mm2

Ac. Inoxidable:



4 =

𝜋 (8)^2

4= 50.27mm2



4 =

𝜋 (4.75)^2

4= 17.72mm2

Acero dulce:



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Tema :


Nota:


4 =

𝜋 (8)^2

4= 50.27mm2



4 =

𝜋 (4.4)^2

4= 15.20mm2

Unidades Aluminio Cobre Bronce Acero

dulce

Acero

Inoxidable

Esfuerzo máximo 𝜎(𝑁/𝑚𝑚2) 244.68 326.24 421.72 350.11 678.34

Esfuerzo de rotura 𝜎(𝑁/𝑚𝑚2) 119.16 60.67 443.60 232.74 477.42

Limite elástico 𝜎(𝑁/𝑚𝑚2)

Deformación máxima % 18.4 8.2 22.1 16.6 24.9

Módulo de Young 𝜎(𝑁/𝑚𝑚2) 13.29 39.79 19.08 21.09 27.24

Deformación máxima (mm) 18.4 8.2 22.1 16.6 24.9

Estricción %

Deformación

Permanente al esfuerzo

Máximo

(mm) 23.9 13 24.3 12.5 24.9

Esfuerzo máximo

ALUMINIO:

𝜎 𝑚𝑎𝑥 =𝐹𝑚𝑎𝑥

𝐴 =

12300

50.27 = 244.68 𝑁/𝑚𝑚2

COBRE:


𝐴 =

16400

50.27 = 326.24 𝑁/𝑚𝑚2

BRONCE:


𝐴 =

21200

50.27 = 421.72 𝑁/𝑚𝑚2


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Tema :


Nota:

ACERO DULCE:


𝐴 =

11200

50.27 = 350.11 𝑁/𝑚𝑚2

AC. INOXIDABLE:


𝐴 =

34100

50.27 = 678.34 𝑁/𝑚𝑚2

Esfuerzo de ROTURA

ALUMINIO:

𝜎 𝑟𝑜𝑡 =𝐹𝑟𝑜𝑡

𝐴 =

12900

50.27 = 256.61 𝑁/𝑚𝑚2

COBRE:


𝐴 =

8010

50.27 = 159.34 𝑁/𝑚𝑚2

BRONCE:


𝐴 =

19500

50.27 = 387.91 𝑁/𝑚𝑚2

ACERO DULCE:


𝐴 =

11700

50.27 = 232.74 𝑁/𝑚𝑚2

AC. INOXIDABLE:


𝐴 =

27400

50.27 = 545.05 𝑁/𝑚𝑚2


Página 11

Tema :


Nota:

Módulo de Young:

𝐸 = 𝜎

ℇ

ALUMINIO:

𝐸 = 𝜎

ℇ =

244.68

18.4= 13.29 𝑁/𝑚𝑚2

BRONCE:

𝐸 = 𝜎

ℇ =

421.72

22.1= 19.08 𝑁/𝑚𝑚2

ACERO DULCE:

𝐸 = 𝜎

ℇ =

350.11

16.6= 21.09 𝑁/𝑚𝑚2

COBRE:

𝐸 = 𝜎

ℇ =

326.24

8.2= 39.79 𝑁/𝑚𝑚2

AC. INOXIDABLE:

𝐸 = 𝜎

ℇ =

678.34

24.9= 27.24 𝑁/𝑚𝑚2

o Evaluar e interpretar los datos obtenidos a través del software que presento para cada probeta y completar el cuadro.

Unidades Aluminio Cobre Bronce Acero

dulce

Acero

Inoxidable

Esfuerzo máximo 𝜎(𝑁/𝑚𝑚2) 244.68 326.24 421.72 350.11 678.34

Esfuerzo de rotura 𝜎(𝑁/𝑚𝑚2) 119.16 60.67 443.60 232.74 477.42

Limite elástico 𝜎(𝑁/𝑚𝑚2)

Deformación máxima % 18.4 8.2 22.1 16.6 24.9

Módulo de Young 𝜎(𝑁/𝑚𝑚2) 13.29 39.79 19.08 21.09 27.74

Deformación máxima (mm) 10.5 8.0 10.5 14.3 23.5

Estricción %

Deformación

Permanente al esfuerzo

Máximo

(mm) 10.3 4.0 9.2 12.5 23.4


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Tema :


Nota:

Realizar un cuadro comparativo entre los datos calculados matemáticamente, los datos del software y datos teóricos.

Materiales Resistencia a la tracción

Calculado teórico software

Aluminio 244.68 𝑁/𝑚𝑚2 222.79 𝑁/𝑚𝑚2

Cobre 326.24 𝑁/𝑚𝑚2 144.61 𝑁/𝑚𝑚2

Bronce 421.72𝑁/𝑚𝑚2 445.61 𝑁/𝑚𝑚2

Acero dulce 350.11𝑁/𝑚𝑚2 445.59 𝑁/𝑚𝑚2

Acero inoxidable 678.34𝑁/𝑚𝑚2 720.11 𝑁/𝑚𝑚2

Después de realizado el ensayo mencionar y evaluar los tipos de fractura presente en cada material propuesto.

1. El acero SAE 1020, rotura parcial de taza y cono, material dúctil.2. 2. El cobre, rotura de taza y cono, material dúctil.3. 3. El aluminio, rotura de estrella, material dúctil.4. 4. El bronce, rotura frágil


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Tema :


Nota:

Fractura copa y cono & Fractura plana.

Como resultado de la triaxialidad de tensiones producida por la estricción, se alcanza una situación en la que las pequeñas inclusiones no metálicas que contiene el material en la zona estringida o bien se fracturan o bien se decohesionan de la matriz metálica produciendo microhuecos que crecen gradualmente al ir progresando la deformación plástica, hasta coalescer. De este modo se genera una fisura interna plana en forma de disco orientada normalmente a la dirección del esfuerzo aplicado. Finalmente, la rotura se completa por corte a lo largo de una superficie cónica orientada a unos 45º del eje de tracción, dando origen a la clásica fractura copa y cono que se ilustra.

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.

http://www.monografias.com/trabajos10/macroecon/macroecon.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos6/lide/lide.shtml


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Tema :


Nota:

FRACTURA DÚCTIL

Esta fractura ocurre bajo una intensa deformación plástica.

TAREA 3: Análisis de Resultados y Conclusiones

CUESTIONARIO

1. ¿Cuántas veces más resiste el acero ensayado en comparación con el cobre y el aluminio y que beneficios se puede obtener de esta observación.

El SAE 1020 resiste más que el aluminio. Por consiguiente el SAE 1020 muestra

una zona plástica la cual le permite absorber cierta cantidad de energía al choque.


Página 15

Tema :


Nota:

2. ¿Cuál es el metal ensayado que permite mayor trabajo plástico?

El SAE 1020 muestra una zona plástica más visible en comparación al aluminio y el bronce.

3. ¿Cuál de los materiales ensayados presento un mayor valor en su módulo de Young?

El valor bibliográfico del modulo de Young para un SAE 1020 es de 220 GPa mucho mayor que el aluminio que es de 73 GPa y que el bronce que es de 110 GPa.

4. Indique un ejemplo en el cual el módulo de elasticidad sea fundamental en la elección de un material para la fabricación de un elemento mecánico determinado.

En el caso que se desea construir un muelle, se selecciona el acero pues tiene

mayor modulo en comparación que el aluminio y el bronce; pero también tenemos

que seleccionar que el acero no sea frágil sino dúctil, capaz de absorber energía de

choque y además de mostrar cierta plasticidad para evitar la falla del muelle

5. ¿Cómo se puede compensar la poca resistencia mecánica de un metal cuando tenga que ser elegido obligatoriamente para un requerimiento determinado?

Una manera para mejorar las propiedades del material es a través de un

tratamiento térmico como es el temple, recocido y el revenido vistos en teoría.

6. Porque los resultados de Los ensayos de tracción de las probetas cilíndricas es diferentes para probetas planas.

Por que para probetas cilíndricas se ejercería mayor fuerza que en las probetas planas


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Tema :


Nota:

7. ¿Cuándo se dice que un material está sometido a un esfuerzo de tracción?

Cuando el material presenta un cambio de forma y separación, debido a la acción

de fuerzas externas, o cuando es sometido a cargas

8. ¿Qué es la fluencia?

Se habla de fluencia, cuando el material fluye por cuanto se va alargando sin que

aumente la carga. Su extensión comprende un límite inferior y un límite superior.

9. ¿Cómo se determina la fluencia en un material dúctil?

El límite de fluencia está determinado por la siguiente ecuación:

𝜎𝑓 =𝐹

𝐴𝑜

Un material es más dúctil cuanto más extendido es su diagrama de esfuerzo y

deformación.

10. ¿Cómo se determina la fluencia en un material duro?

El límite de fluencia para los materiales duros como es el caso de los aceros, que a

medida que va aumentando el contenido de carbono crece la resistencia; al mismo

tiempo disminuye la deformación. Se dice entonces que el producto va siendo

menos dúctil y que va ganando en fragilidad.

11. ¿Qué aspecto presenta la fractura en un material dúctil?

Si el material es suficientemente dúctil, la zona de la fractura presenta el aspecto

típico de un cráter, en donde se distinguen dos zonas perfectamente delimitadas; la

primera corresponde a una zona fibrosa que forma un anillo en bisel y la segundad

a una zona granular central plana y normal al eje de esfuerzo.

Fotografías pagina 8


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Tema :


Nota:

12. Si en un determinado fuerza P se detiene el ensayo de tracción y se quita las fuerzas que lo tensionan: ¿Cómo se determina la longitud final de la probeta?

Cuando suspendemos por un momento el ensayo y luego continuamos ocurre que

surgen tensiones residuales que provocan que la probeta se rompa antes de lo

previsto

13. ¿Por qué en el ensayo de tracción se rompe una probeta con una carga inferior a la máxima soportada, según el diagrama esfuerzo –deformación?

Esto no significa que desde el punto de vista estructural la capacidad de

deformación plástica del material no sea importante. Gran parte de la

redistribución de las tensiones que surgen por efecto de la hiperestaticidad, de que

no siempre se tiene en cálculos, se verifica a expensas de las deformaciones

plásticas. De esa capacidad de deformación o adaptación plástica depende de que

no se produzca roturas indeseables en ciertas zonas de las estructuras

14. ¿Qué indica el hecho de que un material tenga un porcentaje de estricción alto?

Cuanto más alto es el porcentaje de estricción del material; el material será más

dúctil. Por consiguiente en el caso del acero, que a medida que va siendo menos

dúctil, este alcanza al final una rotura netamente frágil y por ello es evidente que

desaparece la estricción.


Página 18

Tema :


Nota:

GRAFICAS DE ENSAYOS:

Aluminio

Cobre


Página 19

Tema :


Nota:

Bronce:

Acero dulce:


Página 20

Tema :


Nota:

Acero inoxidable:

fracturas presenta en cada material.


Página 21

Tema :


Nota:

9. CONCLUSIONES :

Concluimos que conforme aumenta el porcentaje de carbono en los

aceros, estos se vuelven más frágiles.

Verificamos que el acero posee un modulo de Young mucho mayor que

el aluminio y el bronce.

Si se aplica una carga constante pero ni detenemos el ensayo y luego

volvemos a aplicar la carga, sucede que el material se fractura antes de lo previsto, el bronce es más dúctil que el aluminio, y que el aluminio es

mas frágil que el acero.

10. RECOMENDACIONES:

Verificar las unidades antes de empezar con el ensayo de tracción Indicar que parámetros quieres obtener antes del ensayo. Que la probeta no este muy separada de las mordazas eso puede ocasionar

que el ensayo no se realice y no de los datos. Presionar en botón encendido (ON) en la maquina antes de hacer clic en la

computadora donde dice START. Ver e interpretar correctamente todas las recomendaciones que se dan en la

hoja pegada a la maquina de traccion.

11. BIBLIOGRAFIA:

- Guía tecsup– arequipa2013


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Tema :


Nota:

Documents

informe de traccion.pdf