ENSAYO DE TRACCIÓN CARLOS ANDRÉS GALÁN

5/13/2018 ENSAYO DE TRACCIÓN CARLOS ANDRÉS GALÁN - slidepdf.com

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1LABORATORIO METALURGIA MECÁNICA

PRÁCTICA Nº 1:EL ENSAYO DE TRACCIÓN

PRESENTADO POR:

CARLOS ANDRÉS GALÁNELKIN JAVIER ESPINOSA GARCIA

GERSON LIZCANOALBERT VALLEN

Informe presentado como requisito parcial en:LABORATORIO METALURGIA MECÁNICA

PRESENTADO A:

AFRANIO A. CARDONAIng. Metalúrgico UIS

GRUPO: K1

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE INGENIERIAS FISICOQUÍMICAS

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALESLABORATORIO METALURGIA MECÁNICA

BUCARAMANGA




INTRODUCCION

Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectúan ensayos

para medir su comportamiento en distintas situaciones. El ensayo de tracción en

ingeniería es ampliamente utilizado, pues suministra información sobre la resistencia de

los materiales utilizados en el diseño y también para verificación de especificaciones de

aceptación. Todos los materiales metálicos tienen una combinación de comportamiento

elástico y plástico en mayor o menor proporción.

El ensayo destructivo más importante es el ensayo de tracción, en donde se coloca una

probeta en una máquina de ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otra móvil.

Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil.

OBJETIVOS

• Comprender la importancia que tiene el ensayo de tracción en el diseño demateriales.

• Comprender y diferenciar las propiedades mecánicas que se pueden conocergracias al ensayo de tracción y cuantificarlas.

EQUIPO

• Tensómetro Monsanto W de tipo horizontal

MATERIALES

Acero de bajo carbono, SAE- AISI 1010

Elemento Carbono Manganeso P máx S máx Si máx

% 0.08-0.13 0.30-0.60 0.040 0.050 0.10




Tabla 1. Composición acero SAE-AISI 1010

Resultados y análisis de resultados

Para el análisis de una muestra dúctil se utilizado una probeta de acero AISI -SAE1010, en el caso de la muestra frágil, la probeta se fracturo dentro de las mordazasalterando los resultados, esto imposibilita su análisis en el presente informe.

1. Calcule los valores de esfuerzo deformación unitaria, valores ingenieriles onominales. Construya el grafico de esfuerzo y la deformación unitaria (curva

ingenieril).Ecuaciones matemáticas:

• Esfuerzo unitario: Ingenieriles o convencionales:

/ Esfuerzo real: 1/ • Deformación unitaria: Ingenieriles o convencional: ∆

Deformación Real: ln1 • Logaritmo del Esfuerzo unitario:

Ingenieriles o nominales: ln

Reales:ln • Logaritmo de la Deformación unitaria: Ingenieriles o nominales:

ln Reales:ln

• Ley de Hooke ∗ • Limite elástico convencional ε= 0.002• Módulo de Poisson (µ) ∆

∆

• Ductilidad ∆!"∗100

• Resiliencia $ %&'(

)

•

TenacidadT= 0.5 (* +) * Deformación final.

• Resistencia ultima a la tracción: ,- .á23

• Resistencia a la fractura (σf); σ5 .523

ACERO SAE- AISI 1010

L0=92mmLf=120mmDf=9.3mm




D0=12.7mmA0=126.676mm2

Af=67.92

Figura 8. Esfuerzo-deformación convencional

2. Calcule los valores reales del esfuerzo y la deformación unitaria y construya la curvade flujo

1 6 ln1

Para el primer dato, los cálculos son los siguientes:

7 0.20218431(0.00000238+1)=0.20218479 [Mpa]

6 =Ln(1+0.00000238)=0.00000238




Figura 8: esfuerzo –deformación real

3. calcule los valores logarítmicos del esfuerzo y la deformación unitaria y construya elgrafico logarítmico esfuerzo Vs logaritmo de la deformación unitaria, valores reales.




Figura 8. Logaritmo de esfuerzo-logaritmo de la deformacion

y=mx+b

y=0.0128x -1,598579

n=0.0128; pendiente

Ecuación de flujo: Dada la ecuación de flujo: .n

k σ ε =

K= coeficiente de resistencia.

n= exponente de endurecimiento.

Aplicando logaritmo en ambos miembros de la ecuación:

Ecuación 1:

Ln= LnK + nLn 8 9 :;

n = m; el exponente de endurecimiento es n, y según la ecuación 1, el valor de lapendiente en es el valor de n.b = log k entonces:Log k= -1,598579; K=0.2022




4. basándose en los gráficos anteriores calcule para cada material:

Modulo del Young:

Limite proporcional:

Limite elástico:

Limite de fluencia:

Resistencia ultima:

-modulo del Young

Es la pendiente de la cuerva esfuerzo-deformación unitaria ingenieril en la zona elástica:

Teniendo un valor de la deformación miramos el valor del esfuerzo, si repetimos esteejercicio en dos puntos podemos hallar la pendiente de la recta en la zona elástica:

-Límite proporcional p Último valor de curva que es lineal y para el cual el valor del modulo de Young esconstante, por esa razón ese punto hace parte todavía de la zona elástica este es 427Mpa aproximadamente,

Límite elástico o de fluencia:El valor aproximado del límite elástico convencional según la grafica 1, de esfuerzo-deformación convencional, es de 434 Mpa

-Limite elástico convencional o.2%, 0 El valor aproximado del limite elástico convencional según la grafica 1, de esfuerzo-deformación convencional, es de 430 Mpa.

-resistencia ultima a la tracción:Es la relación entre la carga máxima y el área inicial, coincide con el inicio de laestricción.Carga máxima: P

máx=73028.023 N

Área inicial de la probeta: Ao=126.676 mm2

,- .á23

00N1mm

,- EFGHIHEJKL

Resistencia a la fracturaEs la carga en el punto de fractura o de rotura divida por el área inicial de la pieza:

Carga en el punto de fractura: P=58189.201 NÁrea inicial A0= 126.676mm2




,5 .523

MOPQOROSSTSUU=459,3546

• TenacidadEs la energía adsorbida por el cuerpo durante su deformación plástica hasta larotura.σVW Límite elástico o de fluenciaσ-Resistencia ultima a la tracción

eZ = deformación final

[ \ E]σVW σ-^ ∗ _5 044 44 ∗0414

1044pa

ResilienciaEs la energía almacenada en el cuerpo durante durante su deformación hasta el limiteelástico, es el área bajo la cuerva en la zona elástica.

σVW Límite elástico o de fluenciaE: modulo de elasticidad

g σVWh

hi 44h

x

E: es el modulo elástico, es la pendiente en la zona elástica.

5. aplique el criterio de inestabilidad plástica, o construcción considere y determine elinicio de la estricción.

La estricción se genera gracias al deslizamiento de los planos del material favorecidospor el esfuerzo cortante critico, se produce una deformación plástica permanente que seve macroscópicamente como un encuellamiento o zona de estricción del materialcuando este es dúctil, ver la figura 7.Los planos se deslizan de un lado a otro del material provocando el encuellamiento dela figura, posteriormente se nuclean micro grietas por esfuerzos tri-axiales de igualesmagnitudes (esfuerzo cortante cero) produciendo la ruptura.

Análisis metalográfico




F igura 1. Figura 2. Micrografía de acero SAE/AISI 1010 a 50x Micrografía de acero SAE/AISI 1010 a

100x

Figura 3. Micrografía del acero SAE/AISI 1010 a 200x




Figura 4.

Micrografía del acero SAE/AISI 1010 a 500x

Analizando las anteriores micrografías del acero SAE/AISI 1010, se puede evidenciarque es una acero hipoeutectoide, el cual tiene un bajo porcentaje de carbonoequivalente a 0.10%, se ve claramente la formación de ferrita (α) y perilita (α + Fe3C)tal y como está señalada con las flechas en la figura 4

Sabemos a través de los cursos de metalografía y de tratamientos térmicos, que al seren este acero la ferrita su microconstituyente mas predominante (alrededor del 90%),sus propiedades mecánicas van a ser bajas en lo referente a su dureza, ya que lanaturaleza de la ferrita es blanda y dúctil.

Al ser este acero SAE/AISI 1010 un acero dúctil, por las explicaciones anteriores, sepudo llegar a la conclusión que demuestra esto a través de la práctica de tracción

realizada, la cual nos indicaba que era un material con cualidades de ductilidad, ya queal ver su grafica era evidente que el material había sufrido un deformación elástica y unagran deformación plástica antes de la rotura. Por su comportamiento plástico antes arealizarse la fractura, nos mostraba como después de la deformación elástica el materialse deformaba plásticamente hasta un esfuerzo máximo (Su), lugar donde se formaba elcuello o la estricción, este fenómeno se observa en la figura 7 para luego seguiravanzando su deformación hasta un esfuerzo de rotura. Caso contrario donde hubierasido un acero bastante duro, en la la grafica 5 se observa la diferencia, no se mencionala probeta frágil porque esta rompió dentro de la mordaza, y los datos no son confiables.




Grafica 5. comparativa Esfuerzo v. deformación para mariales dúctiles y frágiles.

Figura 6. Esfuerzo vs. Deformación experimental, maquina MTS, edificio hidráulica.




Figura 7.comparacion Foto tomada en el laboratorio durante la práctica, parte izquierda,con una figura de encuellamiento, tomada de registro bibliográfico, parte derecha.




Preguntas de la guía de laboratorio

1) explique claramente cuál es la diferencia entre el límite de proporcionalidad y

limite elástico.

Grafica Esfuerzo vs. Deformación donde:

E = limite elástico

P = limite de proporcionalidad

mirando detenidamente la grafica y teniendo los conceptos claros de que es el límiteelástico y limite de proporcionalidad, se puede concluir que estas se diferencian en:

-P aun está en la parte elástica, mientras que E esta en el punto máximo de elasticidadlugar donde ya termina la deformación elástica, para pasar a ser una deformaciónplástica




-en P el esfuerzo y la deformación aumentarán constantemente en forma lineal,pero después de P, hay una curvatura indicando que pronto va a dejar de ser una

deformación elástica, para ser una deformación plástica.2) Si al efectuar un ensayo de tracción se carga el material hasta pasar ligeramente un

punto de cedencia, explique lo siguiente:

a) Si se descarga lentamente y se toman lecturas de carga y deformación, que tipo decurva se obtendrá?

Después del punto de cedencia, el material va a tener una deformación plástica, es decirque va tener unas curvas como están estipuladas cuando un metal sufre una

deformación plástica, esta curva va a subir hasta alcanzar un esfuerzo máximo donde seva a empezar a formar el cuello de botella hasta llegar a un esfuerzo de fractura.

b) Que indicara la distancia entre el origen y el punto donde la curva de descarga cruza eleje horizontal?

Al pasar el punto de cedencia, el material se empieza a deformar plásticamente, alretirar la carga, esto no recupera su longitud inicial, sufriendo una deformaciónpermanente, al retirar la carga, este tiende a recuperar cierta deformación, que es laelástica, al llegar a la carga cero, cortara el eje horizontal en un valor de deformación, lapendiente en la zona de recuperación elástica es la misma a la deformación elástica

c) Si se deja reposar el material más de 72 horas y vuelve a cargar, que sucede con suscaracterísticas elásticas?

El material se asimila como si fuera sido trabajado en frio, al ocurrir esto obtendremosun material más duro, es decir después que el material sobre paso su punto de cedenciay le fue quitada la carga, este vuelve a recobrar sus propiedades elástica, cuando sepasaron las 72 y se vuelve a cargar se va a ser invidente que este material al habersufrido prácticamente un trabajo en frio, se deforme elástica y plásticamente pero a unesfuerzo mayor al anterior que fue aplicado 72 horas atrás, esto es debido a que elmaterial se vuelve más duro, llevando a que se necesite mayor esfuerzo paradeformarlo, tanto elástica como plásticamente.




3. Como afecta el contenido de carbono en el acero sus siguientes

propiedades?

• A. Esfuerzo de cedencia (esfuerzo de fluencia): esfuerzo que divide los

comportamientos elásticos y plásticos del material. El valor crítico del

esfuerzo necesario para iniciar la deformación plástica se llama límite elástico del

material. En los materiales metálicos es el esfuerzo necesario para iniciar el

movimiento de las dislocaciones.

El límite elástico puede definirse como el esfuerzo mínimo al que ocurre la

primera deformación permanente

Las propiedades mecánicas de una aleación dependen de las características

individuales de cada una de las fases que la componen y de la forma en queestas últimas estén ordenadas para formar la estructura. Sabemos que la ferrita

es relativamente suave, con baja resistencia tensil, en tanto que la cementita es

dura, con muy baja resistencia tensil. Podremos deducir pues, que la

combinación de estas dos fases en la forma eutectoide (perlita), producirá una

aleación de resistencia tensil mucho mayor que la de cualquiera de las fases

individuales. Como la cantidad de perlita aumenta con un incremento en el

contenido de carbono para aceros hipoeutectoides, la resistencia y la dureza




Brinell también aumentará hasta la composición eutectoide. La ductilidad,

expresada por el porcentaje de elongación y reducción de área, y la

resistencia al impacto disminuyen al aumentar el contenido de carbono.

Figura 9.

Efectos del contenido de carbono sobre las propiedades mecánica de un acero

b. ULTIMATE TENSILE STRENGTH.UTS: MAXIMA RESISTENCIA A LA TRACCION: resistencia a la tracción): esfuerzo obtenido con la máxima fuerza aplicada

Es el esfuerzo máximo, basado en la sección transversal original, que puede resistir un

material.

Es el esfuerzo en el cual comienza la estricción en los materiales dúctiles




Figura 10.

C. DUCTILIDAD: mide la cantidad de deformación que puede resistir un material sinromperse.El % de elongación describe la deformación plástica permanente antes de la

falla.La reducción porcentual del área describe la cantidad de adelgazamiento que sufre

la muestra durante el ensayo. El rolado y el estirado en frío tienen el mismo efecto sobre

las propiedades mecánicas. El labrado en frío da por resultado un gran incremento en la

resistencia de fluencia, acrecienta la resistencia última y la dureza, y disminuya la

ductilidad

D Módulo de elasticidad o módulo de Young (E): es el valor de la pendiente de la parte

recta del diagrama esfuerzo v/s deformación unitaria. Es una medida de la rigidez de un

material Tiene una estrecha relación con la energía de enlace atómico, por lo tanto es

mayor para materiales de punto de fusión alto.




Un alto módulo de elasticidad indica que se necesitan grandes fuerzas para separar

los átomos y producir la deformación elástica del metal

4 Cual es el efecto de la temperatura en las anteriores propiedades?

c. Influencia del contenido de carbono sobre el comportamiento dúctil-frágil de un acerode baja aleación

figura 11

d. Módulo de elasticidad (módulo de Young) :

El módulo de elasticidad decrece al incrementarse la temperatura, ya que la expansión

térmica reduce el valor de (F: fuerza aplicada al material; a: área transversal delmaterial), haciendo disminuir por tanto el módulo de elasticidad.

Observaciones:

La probeta de Acero O1 (ASSAB DF-2); Acero fino, para herramientas, se fracturodentro de las mordazas alterando los resultados, esto imposibilita su análisis en elpresente informe, los datos arrojados por la maquina no son confiables, pero se observoen el laboratorio que no presento encuellamiento o estricción, mostrando uncomportamiento frágil.




CONCLUSIONES

• La probeta de acero SAE-AISI 1010, presento un comportamiento dúctil, estecomportamiento se comprobó por medio de cálculos y análisis basados en losdatos obtenidos experimentalmente, presentando una deformación grande.

• Se comprobó el comportamiento dúctil de la probeta, SAE-AISI 1010, por medio deun análisis metalográfico, se comprobó una gran cantidad de ferrita acompañada deperlita, esta microestructura confirma el comportamiento dúctil observado en elensayo de tracción.

• la probeta de Acero O1 (ASSAB DF-2) rompió dentro de las mordazas, seguramenteocurrió porque las mordazas causaron una entalla y creo una zona crítica de esfuerzorespecto al resto de la pieza.

• La ruptura de la probeta se da luego de una deformación elástica y una grandeformación plástica.

• Se comprobó la formación de la zona de estricción, observados a simple vista en ellaboratorio, esta estricción forma un estado triaxial de esfuerzo, disminuyendo laresistencia de la pieza causando la rotura.

• En la zona de estricción, la disminución del área transversal hace que tenga un mayoresfuerzo, debido a que el valor del área instantánea esta en el denominador de laexpresión para calcular el valor del esfuerzo.

• las graficas de esfuerzo-deformación y esfuerzo-deformación real muestran uncomportamiento igual hasta el punto de carga máxima, luego el valor real del esfuerzosigue aumentando para cada deformación, mientras que el esfuerzo convencionaldisminuye el valor del esfuerzo para cada deformación.

•

Se comprobó el comportamiento elástico y plástico, por medio de la construcción de lasgraficas esfuerzo-deformación real y convencional.

BIBLIOGRAFÍA

1. APRAIZ J, B. Tratamientos Térmicos de los Aceros. 6ª Edición. Editorial Dossat.Madrid 1968.




2. MANUAL DE LABORATORIO DE METALÚRGIA MECANICA; Serrano, Rafael yQuintero, Gilberto; UIS; 1986

3. METALÚRGIA MECANICA; Dieter, E. George; Editorial Aguilar; 1967

Disponible en Internet (último acceso 17/01/2012, 1:48 p.m):

4.http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3201/1/54678-1.pdf

5.

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