Ensayo de compresion

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Ensayo de compresion

  1. 1. Materiales Prácticas de laboratorio PRACTICA 5: ENSAYO DE COMPRESIÓN y ENSAYO DE CHISPA David Bueno Sáenz Grado ingeniería mecánica Grupo Laboratorio A-3 1
  2. 2. Materiales Prácticas de laboratorio ENSAYO DE FLEXION POR COMPRESIÓN OBJETIVO Los objetivos de esta práctica consisten en: • Realizar un ensayo de compresión mediante una máquina universal para poder caracterizar algunas propiedades mecánicas de dos metales diferentes (y por lo tanto con diferentes propiedades o curvas de comportamiento) mediante su comportamiento tensión-deformación. • Conocer y verificar la composición de aceros y fundiciones en forma rápida y sin mucho gasto, Aplicando la prueba de chispa, ya que nos da a grandes rasgos una idea sobre la composición del acero o fundición sin sensible destrucción o deterioro de la muestra que se estudia • Familiarizarse con el empleo de estas técnicas, la normativa existente para los ensayos, las unidades de medida, los valores característicos y la nomenclatura asociada a los resultados. MATERIAL ► Una probeta cilíndrica de aluminio de las siguientes dimensiones (material dutil): H=6,23 mm (Altura) φ =6,04 mm (distancia hasta la zona de trabajo) ► Una probeta cilíndrica de cobre de las siguientes dimensiones (material frágil): H=5,83 mm (Altura) φ =5,98 mm (distancia hasta la zona de trabajo) Imagen 1: Probetas empleadas (izquierda; bronce, derecha: aluminio) 2
  3. 3. Materiales Prácticas de laboratorio ► Calibre ► Maquina universal de tracción compresión y flexión estática ► Maquina de esmerilado. Imagen 2: Maquina universal de tracción compresión y flexión estática Imagen 3: Maquina de esmerilado. ► Probetas normalizadas para el ensayo por chispa Imagen 4: Probetas normalizadas 3
  4. 4. Materiales Prácticas de laboratorio FUNDAMENTO 1ª PARTE: ENSAYO DE COMPRESIÓN Mediante el ensayo de tracción caracterizamos las propiedades mecánicas de algunos materialesmediante su comportamiento cuando aplicamos cargas de tracción, lo cual suponía que si el material eradúctil (admitía deformación plástica) tendría capacidad de hacer hilos. Sin embargo con estos ensayossuponemos que la carga aplicada al mismo solo se aplica en una dirección determinada (direccionesopuestas). Sin embargo las cargas pueden venir aplicadas sobre el material en otras direcciones, como porejemplo mediante fuerzas de compresión a las cuales el metal responderá según su maleabilidad(capacidad de hacer láminas). Generalmente, puesto que los metales son isotrópicos, presentan igualespropiedades mecánicas en todas las direcciones con lo que será lógico esperar que los valores para lacompresión serán similares a los obtenidos en los ensayos de tracción, aunque en ocasiones estos estaspueden ser un poco superiores. Se recurre para ello a la misma máquina universal de ensayos que par el ensayo de tracción, donde secoloca esta vez las probetas sobre las superficies lisas (una fija y otra móvil) existentes entre loselementos móviles y se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la parte móvil dela prensa. La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidadseleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la cargaaplicada, las máquinas poseen un plotter que grafica la curva esfuerzo deformación. El ensayo, va a realizar sobre dos metales con diferente comportamiento, primero con una probeta deAluminio (metal dúctil) y después con una probeta de bronce (comportamiento menos dúctil; frágil) 2ª PARTE: ENSAYO POR CHISPA La prueba de la chispa es probablemente uno de los métodos más usados para identificar los metalesferrosos, no es como pudiera parecer una mera curiosidad de laboratorio, sino que se utiliza en muchasfábricas de acero, en operaciones de control de calidad, etc… 4
  5. 5. Materiales Prácticas de laboratorio Cada tipo de acero produce una serie de chispas características, mediante la observación de las cualesy con práctica pueden identificarse determinados tipos de aceros y con mucha practica dar el porcentajecasi exacto del carbono. Utilizando una esmeriladora mecanizada de alta velocidad y una probeta, le aplicamos cierta presión ala muela del esmeril y esta emitirá ciertos destellos o estelas características del acero. Dependiendo de lacantidad de carbono que contiene la probeta se producirán explosiones al inicio, a lo largo de la de lachispa con determinados colores los que nos permitirán en general determinar la cantidad de Acero ycarbono que posee la probeta en observación. Sí se acerca una probeta de acero a una muela de esmeril en movimiento, los granos de la muelaarrancan pequeñas partículas de acero, calentándolas hasta la temperatura de fusión, cuando esto ocurre seproducen varias explosiones, en estas se va a descomponer carbono en combinación con el oxigeno delaire del medio ambiente, pero debemos notar que esto solo sucede con los materiales ferrosos.La frecuencia de estos fenómenos explosivos y la forma de las figuras a que dan lugar dependen dela composición del acero. Se distinguen formas espinosas floreadas en forma de porra, de gotas ylanceoladas. Imagen 5: Tipología de las chispas de los aceros 5
  6. 6. Materiales Prácticas de laboratorio Imagen 6: Características del acero según la tipología de la chispa Esta práctica sirve, por tanto, para clasificar los tipos de aceros en base a su composición. Para elloverificamos las chispas que se producen al poner en contacto la probeta, de composición conocida, y lacomparamos con el acero cuya composición en carbono queremos determinar hasta que ambas producenlas mismas chipas en forma, frecuencia y brillo, pudiendo así determinar la cantidad en carbono denuestro acero. En esta práctica vamos a comparar dos aceros distintos y vamos a caracterizarlos mediante su marcacomercial correspondiente. 6
  7. 7. Materiales Prácticas de laboratorio DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1ª PARTE: ENSAYO DE COMPRESIÓN Como ya hemos comentado, se recurre a una máquina universal de ensayos donde se coloca primerola probeta de aluminio entre las superficies lisas (una fija y otra movil) existentes entre los elementosmóviles y se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la parte móvil de la prensa. Puesto que la máquina universal carecía en aquel momento de sistema de recogida de los resultados(plotter) únicamente se obtuvo como tal el valor máximo de la tensión de rotura o fallo en kp. Después se procedió de la misma manera para la probeta de bronce y se apuntaron también losresultados. 2ª PARTE: ENSAYO DE CHISPA Para esta segunda parte se recurre a la esmeriladora donde por comparación de la chispa entrenuestras dos probetas, de composición desconocida, y las diferentes probetas disponibles para el ensayo,de composición conocida, hasta conseguir una coincidencia en la forma, frecuencia y brillo de la chispapudiendo de esta manera identificar ambas probetas. En nuestro caso utilizamos unas muestras que están nombradas según la marca HEVA, y las hicimospasar por la piedra de desbaste. Comparando las chispas que salen y probando diferentes muestras deHEVA hasta encontrar las que fueron guales, entonces, miramos que muestra utilizábamos y mirando lastablas supimos que de que metal están hechas nuestras probetas. 7
  8. 8. Materiales Prácticas de laboratorio RESULTADOS 1ª PARTE: ENSAYO DE COMPRESIÓN Se obtuvieron los siguientes resultados para los ensayos con ambas probetas: • Bronce f = 1900kp φ final = 8,66mm h final = 2,94mm CON FRACTURA DE LA PROBETA (FRAGIL) Gráfica 1: curva tensión deformación obtenida para materiales frágiles F 1900 ⋅ 9,8 σ ruptura = = 2 = 662,96Mpa S s0  d π ⋅  2 • Aluminio f = 2400kp φ final = 2,23mm h final = 8,82mm SIN FRACTURA DE LA PROBETA (DEFORMACIÓN PLÁSTICA) 8
  9. 9. Materiales Prácticas de laboratorio Gráfica 2: curva tensión deformación obtenida para materiales dúctiles F 2400 ⋅ 9,8 σ ruptura = = 2 = 3240,41Mpa S s0 d  π ⋅  2 9
  10. 10. Materiales Prácticas de laboratorio 2ª PARTE: ENSAYO DE CHISPA En este caso hemos probado 2: F521-Acero Heva Fc- Chispas cortas. F11s-Acero Heva Tm -Chispas largas. Cuyas características y composición se reflejan en las tablas del fabricante como: Imagen 7: Tablas de características de los aceros según marca comercial 10
  11. 11. Materiales Prácticas de laboratorio CONCLUSIÓN Mediante el ensayo de compresión hemos conseguido: 1. Caracterizar y diferenciar las propiedades mecánicas de algunos materiales distintos frente a cargas compresivas concluyendo en: a. una mayor maleabilidad (capacidad para formar láminas) del aluminio por su deformación plástica sin rotura frente al bronce que rompe sin apenas deformación (frágilmente). b. De igual modo observamos, independientemente de la maleabilidad, una mayor resistencia ante tales esfuerzos por parte del aluminio que requiere de un valor mayor en un 25% hasta llegar al fallo. c. Otras propiedades como la rigidez y las partes características de la curva no se pudieron cuantificar por falta de material. 2. Familiarizarnos con estas técnicas de ensayo, sus fundamentos y objetivos. 3. Familiarizarnos un poco más con el empleo de herramientas en el laboratorio. Mediante el ensayo de chispa hemos conseguido: 1. Caracterizar y diferenciar la composición de aceros por comparación, mediante un método, rápido, fácil y económico, habiéndose demostrado este como un método igualmente válido y eficaz que otros mas complejos, justificándose por tanto su uso y extensión en la práctica y realidad laboral en las empresas del sector industrial. 2. Familiarizarnos con estas técnicas de ensayo, sus fundamentos y objetivos. 3. Familiarizarnos un poco más con el empleo de herramientas en el laboratorio. 11

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