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Ensayo de tracción NO VALIDO

  1. 1. Materiales Prácticas de laboratorio PRACTICA 3: ENSAYO DE TRACCIÓN David Bueno Sáenz Grado ingeniería mecánica Grupo Laboratorio A-3 1
  2. 2. Materiales Prácticas de laboratorio ENSAYO DE TRACCIÓN OBJETIVO Los objetivos de esta práctica consisten en: • Realizar un ensayo de tracción para poder caracterizar las propiedades mecánicas de un metal mediante su comportamiento tensión-deformación. • Familiarizarse con el empleo de estas técnicas, la normativa existente para los ensayos, las unidades de medida, los valores característicos, así como el empleo de las gráficas tensión-deformación obtenidas en el ensayo. MATERIAL ► Probeta de chapa de acero F1140 (C45; Acero no aleado con un 0,45% de carbono sin impurezas) según la norma de caracterización del ensayo, de las siguientes dimensiones: L=100mm (Longitud de la zona de trabajo) Lo=80mm (Longitud de la zona de trabajo con diámetro constante) A=20mm (Anchura de la zona de trabajo) S=40mm2 (Area) l=10mm (distancia hasta la zona de trabajo) ► Probeta cilíndrica de acero F1140 (C45; Acero no aleado con un 0,45% de carbono sin impurezas) según la norma de caracterización del ensayo, de las siguientes dimensiones: L=100mm (Longitud de la zona de trabajo) Lo=72,23mm (Longitud de la zona de trabajo con diámetro constante) Radio=5mm A=20mm (Anchura de la zona de trabajo) l=13mm (distancia hasta la zona de trabajo) 2
  3. 3. Materiales Prácticas de laboratorio L=72,32mm (Longitud de la zona de trabajo) ► Calibre ► Maquina universal de tracción compresión y flexión estática Imagen 1: Maquina universal de tracción compresión y flexión estática ► Maquina universal de tracción compresión y flexión estática (con controlelectrónico) Imagen 2: Maquina universal de tracción compresión y flexión estática con control electrónico 3
  4. 4. Materiales Prácticas de laboratorio FUNDAMENTO Para conocer las propiedades mecánicas de algunos materiales como los metálicos ydeterminar así las cargas que pueden soportar, se efectúan ensayos destructivos o nodestructivos para medir su comportamiento en distintas situaciones. Con estos ensayosse pretenden obtener las curvas características de tensión-deformación como método decaracterización de las propiedades mecánicas de los materiales. El ensayo destructivo más importante es el ensayo de tracción, en el cual se sometea una probeta metálica esfuerzos de tracción hasta su rotura, midiéndose en todomomento la carga aplicada y obteniéndose los resultados en una curva tensión-deformación. Se recurre para ello a una máquina universal de ensayos donde se coloca unaprobeta fijada entre dos mordazas, una fija y otra móvil y se procede a medir la cargamientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil. La máquina de ensayoimpone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. Lacelda 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. Nuestro acero (F1140) tiene una composición del 0,45% de carbono lo que suponepor una sencilla regla de tres que su composición será de: 0,45 % PERLITA = • 100 = 50,56% 0,89 % FERRITA = 49,43% Puesto q la perlita es el más dúctil y blando de los constituyentes de las aleacioneshierro-Carbono, el alto índice que presenta este acero parece indicar que este poseeráuna buena tasa de alargamiento. 4
  5. 5. Materiales Prácticas de laboratorio El ensayo de tracción puede realizarse tanto en una probeta de sección circular comoen una probeta plana. Existe una normativa que especifica la metodología de ensayosegún se realiza de una u otra manera. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1ª PARTE: ENSAYO CON PROBETA CILINDRICA Se procedió a partir de las medidas tomadas de la probeta, según el procedimientode ensayo que marca la normativa correspondiente a dividir la zona de trabajo en diezpartes iguales, según las siguientes medidas: L − L0 100 − 80 = = 10mm cuya medida comparamos con la tabla 4 de la página 24 2 2de la normativa para concluir que se hace necesario dividir los 80 mm en 10 partesiguales de 8mm cada una mediante un rotulador. Marcada la probeta, se procedió a montarla en la máquina para el ensayo de traccióny se procedió a realizar el ensayo. Al final del ensayo, la maquina nos proporciona una gráfica de tensión-deformaciónsobre una escala de cuadros sin graduar y el valor del esfuerzo máximo soportado en kp. 2ª PARTE: ENSAYO CON PROBETA PLANA De igual forma, se procedió a partir de las medidas tomadas de la probeta, según elprocedimiento de ensayo que marca la normativa correspondiente a dividir la zona detrabajo en diez partes iguales, según las siguientes medidas: 5
  6. 6. Materiales Prácticas de laboratorio L−L 27,68 = = 13mm cuya medida comparamos con la tabla 4 de la página 24 de 2 2la normativa para concluir que se hace necesario dividir los 80 mm en 10 partes igualesde 7,23 mm cada una mediante un rotulador. Marcada la probeta, se procedió a montarla en la máquina para el ensayo de traccióny se procedió a realizar el ensayo. Al final del ensayo, la maquina nos proporciona una gráfica de tensión-deformaciónsobre una escala de cuadros sin graduar y el valor del esfuerzo máximo soportado en kp. 2ª PARTE: ENSAYO EN MAQUINA ELECTRÓNIA Esta tercera parte de la práctica se realizó en una jornada distinta y no consecutivapor la falta de disponibilidad de la maquinaria en aquel momento. Su objetivo yfundamento es el mismo que en el ensayo en el que utilizamos la máquina universal,pero la diferencia en este caso es la capacidad de regulación y obtención de datos demanera electrónica de este equipo con lo que se pueden ajustar de mejor manera larelación tiempo y esfuerzo aplicado y se obtienen unas curvas de tensión-deformaciónmuy precisas. Para esta ocasión se recurrió también a una probeta cilíndrica F-115 pero esta veztemplada con enfriamiento en agua, con lo que se podrá observar también el efectosobre las propiedades mecánicas de un metal producido por el temple (incremento de ladureza y resistencia así como un comportamiento má frágil) Para ello se colocó la probeta entre las mordazas del equipo, ajustando su posiciónde manera simétrica en ambas partes, y se procedió a aplicar la carga de tensión hasta larotura de probeta (de la misma forma que con la máquina universal pero ajustando todoslos parámetros digitalizadamente mediante la electrónica en lugar de mediante ajustesmecánicos) 6
  7. 7. Materiales Prácticas de laboratorio RESULTADOS Y DETERMINACION DE LOSPUNTOS SOBRE LA GRAFICA 1ª PARTE: ENSAYO CON PROBETA CILINDRICA Imagen 1: Resultados de ensayo de tracción con la probeta cilíndrica 7
  8. 8. Materiales Prácticas de laboratorio Se obtuvieron las siguientes deformaciones: Radio final: 4,3 mm Con este valor procedemos a determinar el tanto por ciento de estricción para locual: S − S0 πr 2 − πr 2 0 π 5 2 − π 4,3 2 0 Z (%) = ⋅ 100 = ⋅ 100 = ⋅ 100 = 19% S πr 2 π 52 Determinado este valor procedemos a determinar el % de alargamiento, pora lo cualrecurrimos al procedimiento de la descripción del ensayo (motivo por el cual se habíanrealizado las divisiones en la probeta) n es el número de marcas entra x e e incluido y=1 (se cuenta hacia el lado de mayorlongitud). En este caso N-n = 10 -1 = 9 con lo que se denomina como rotura impar yentonces se determina el alargamiento como: d xy + d xz + d yz A(%) = ⋅ 100 L0 Siendo Y: punto de estricción y ruptura. N − n −1 Z´: Marca a ⋅ divisiones de y (a cuatro divisiones en nuestro caso) 2 N − n +1 Z´´: Marca a ⋅ divisiones de y (a cinco divisiones en nuestro caso) 2 Siendo n el número de marcas entra x e e incluido y=1 dxy: 1,70mm dyz´:34,75mm dyz´´:43,24mm 1,7 + 34,72 + 43,24 − 72,32 A(%) = ⋅ 100 = 10,15% 72,32 8
  9. 9. Materiales Prácticas de laboratorio Procedemos ahora a determinar la resistencia a la tracción a partir del esfuerzomáximo soportado, mostrado por su valor en el punto F (obtenido en las gráficasanteriormente expuestas de tensión deformación) y la sección: Fmax 3300 N Ts = = = 38,20Mpa S0 7,85 • 10 −05 Con el valor de el esfuerzo máximo, contando el número de divisiones en las escalade la gráfica y dividiendo su magnitud por este determinamos el valor en kP quecorresponde a cada división y así podemos determinar otros valores con posterioridad. 3300 N Valordivision = = 84,6kP 39divisiones Ahora para poder determinar el límite elástico según las condiciones del punto B dela grafica en las que se considera una deformación máxima de el esfuerzo aplicado es de27 x 86,4 = 2284 Kp o N. Para determinar el módulo elástico recurrimos al punto A, en el cual se sabe que ladeformación es de 2mm y la tensión se determina multiplicando el numero decuadrículas por el esfuerzo que representa cada una, 10 x 86,4 = 864 Kp En cuanto a la deformación, si atendemos al eje de abcisas podemos contar 50divisiones hasta el punto de rotura F para el cual el diámetro final es de 7,34 quedividido por el número de divisiones concluimos que cada división representa 7,34/50 =0,146 mm que multiplicado por dos supone la deformación en este punto. Fmax / S 0 864 N / 78,53 E= = = 2724,49 Mpa ∆L 2 * 0,146 / 72,32 L0 9
  10. 10. Materiales Prácticas de laboratorio 2ª PARTE: ENSAYO CON PROBETA PLANA Imagen 1: Resultados de ensayo de tracción con la probeta plana Se obtuvieron las siguientes deformaciones: Radio final: 4,3 mm Con este valor procedemos a determinar el tanto por ciento de estricción para locual: S − S0 πr 2 − πr 2 0 π 5 2 − π 4,3 2 0 Z (%) = ⋅ 100 = ⋅ 100 = ⋅ 100 = 19% S πr 2 π 52 Determinado este valor procedemos a determinar el % de alargamiento, pora lo cualrecurrimos al procedimiento de la descripción del ensayo (motivo por el cual se habíanrealizado las divisiones en la probeta) n es el número de marcas entra x e e incluido y=1 (se cuenta hacia el lado de mayorlongitud). En este caso N-n = 10 -4 = 6 con lo que se denomina como rotura par yentonces se determina el alargamiento como: 10
  11. 11. Materiales Prácticas de laboratorio d xy + 2d xz − L0 A(%) = ⋅ 100 L0 Siendo Y: punto de estricción y ruptura. z=6/2=3 posicion de z (a tres intervalos de la división y) Siendo n el número de marcas entra x e e incluido y=1 dxy: 43mm dyz´:23mm 43 + 2 * 23 − 80 A(%) = ⋅ 100 = 11,25% 80 Procedemos ahora a determinar la resistencia a la tracción a partir del esfuerzomáximo soportado mostrado por su valor en el punto F (obtenido en las gráficasanteriormente expuestas de tensión deformación) y la sección: Fmax 900 N Ts = = = 22,50Mpa S0 40.10 −6 Con el valor de el esfuerzo máximo, contando el número de divisiones en las escalade la gráfica y dividiendo su magnitud por este determinamos el valor en kP quecorresponde a cada división y así podemos determinar otros valores con posterioridad. 900 N Valordivision = = 37,5kP 24divisiones Ahora para poder determinar el límite elástico según las condiciones del punto B dela grafica en las que se considera una valor de esfuerzo aplicado de 22 x 37,5 = 825 Kpo N. Para determinar el módulo elástico recurrimos al punto A, en el cual se sabe que ladeformación es de 2mm y la tensión se determina multiplicando el numero decuadrículas por el esfuerzo que representa cada una, 10 x 37,5 = 375 Kp 11
  12. 12. Materiales Prácticas de laboratorio Fmax / S 0 375 N / 40 ⋅ 10 −6 E= = = 375Mpa ∆L 2 / 80 L0 3ª PARTE: ENSAYO EN MAQUINA DE REGULACIÓNELECTRÓNICA Como ya hemos comentado, esta tercera parte se realizó en otra jornada, únicamentede manera informativa (sin atender a los valores de deformación) de manera que sepudiese obtener la curva característica en formato digital para identificar con una mayorprecisión, que en la máquina de ensayo universal, los valores característicos. Se obtuvo la siguiente gráfica en la cual es fácilmente identificable e inclusomostrado numéricamente el valor de la tensión máxima, la deformación máxima, lacarga de rotura, carga elástica rigidez y tiempo de ensayo. 12
  13. 13. 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 de tracción concluyendo en: a. Determinación de los valores de estricción y alargamiento de prácticamente igual magnitud por ambos métodos (distintas probetas) utilizando el mismo material. b. Determinación de los valores característicos de las curvas en cada uno de los ensayos como la tensión de ruptura y la tensión de límite elástico a partir de la cual el material mostrará un comportamiento plástico. Se observa, en ambos casos que para la probeta cilíndrica (con mas cantidad de material) lógicamente la magnitud de la tensión de ruptura es mayor. c. Determinar como valor característico del comportamiento de estos metales (medidos sobre la zona predictible o de comportamiento lineal) el módulo elástico o módulo de young. 2. Familiarizarnos con estas técnicas de ensayo, sus fundamentos y objetivos. 3. Familiarizarnos un poco más con el empleo de herramientas en el laboratorio y las nuevas técnicas y tecnologías aplicadas a estos ensayos. 4. Observar el efecto del tratamiento térmico (temple) sobre las propiedades mecánicas de los metales; incremento de la dureza y resistencia así como perdida de ductilidad (material mas frágil y rígido) 13

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