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1
In this laboratory were performed trials of tensile and hardness of 1020 steel
and 1045 steel.The test results were studied in tables and graphs for know
and checking in the available theory differences in mechanical properties
between these steels; i was finally obtained that the carbon concentration of
a steel directly affects their strength, ductility and hardness. The 1020 steel
was more ductile and less hard than the 1045 but in counterpart the latter
was resistant and more hard.The trials were considered successful as a short
comparative analysis with qualitative and quantitative theory of the issues
in question took place.
R E S U M E NI N F O
I N G E N I E R Í A Q U Í M I C A
Estudiantes de Ingeniería Química
(1) dnyoana@hotmail.com
(2) y.zambrano10@hotmail.com
A B S T R A C T
Análisis Comparativo De Propiedades
Mecánicas Del Acero 1045 y 1020
Deny Poveda Zárate(1)
; Yorman Zambrano Silva (2)
Materiales en Ingeniería Química
Programa de Ingeniería Química
Universidad de Pamplona
Key words
Test, steel, stress, ductility,
tensile
En el presente laboratorio se realizaron ensayos de tracción y dureza
para el Acero 1020 y el Acero 1045. Se estudiaron los resultados en
tablas y gráficos para conocer y comprobar con la teoría disponible las
diferencias en las propiedades mecánicas entre estos aceros; se obtuvo
finalmente que la cantidad de carbono de un acero afecta directamente
su resistencia, ductilidad y dureza. El acero 1020 resultó ser más dúctil
y menos duro que el 1045 pero en contraparte este último fue más duro
y resistente. Los ensayos se consideran exitosos conforme se realizó
un corto análisis comparativo con la teoría cualitativa y cuantitativa de
los temas en cuestión.
Palabras claves.
Ensayo, acero, esfuerzo, ductilidad,
tracción.
2
0
F
A
 
0
0
fl l
l



1. INTRODUCCIÓN
El pilar fundamental para quienes
trabajan en diseño mecánico y
selección de materiales es la
interpretación y aplicación correcta de
las propiedades obtenidas de los
ensayos de propiedades mecánicas.
Uno de los ensayos más relevantes para
la selección adecuada de materiales es
el ensayo de tracción.
El ensayo de tracción mide la
resistencia de un material a una fuerza
estática o gradualmente aplicada. La
probeta se coloca en la máquina de
pruebas y se le aplica una fuerza F, que
se conoce como carga. Para medir el
alargamiento del material causado por
la aplicación de fuerza en la longitud
calibrada se utiliza un extensómetro.
Para un material dado, los resultados de
un solo ensayo son aplicables a todo
tamaño y formas de muestras, si se
convierte la fuerza en esfuerzo y la
distancia entre marcas calibradas en
deformación.
El esfuerzo y la deformación
ingenieriles se definen mediante las
ecuaciones siguientes:
*
Esfuerzo Ingenieril ( ):
A0 es el área original de la sección
transversal de la probeta antes de
iniciarse el ensayo.
F es la fuerza aplicada a la probeta.
**
Deformación Ingenieril ( ):
l0 es la distancia original entre marcas
calibradas.
lf es la distancia entre las mismas,
después de haberse aplicado la fuerza F.
Cuando se ha graficado el esfuerzo con
el esfuerzo Vs con el porcentaje de
deformación se obtiene una gráfica de
tipo:
Imagen 1. Curva estrés-deformación (Al)
3
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo General
Interpretar los datos del ensayo de
tracción, en función de los conceptos
adquiridos y las variables que implica
dicha prueba, para la aplicación
ingenieril de los mismos.
2.2 Objetivos Específicos
a) Conocer las definiciones y
métodos comúnmente utilizados
y aprobados por la norma
ASTM E8 para el ensayo de
tracción.
b) Entender e interpretar el
comportamiento de los
materiales en la prueba de
tracción en función de los datos
obtenidos.
c) Conocer los conceptos de las
propiedades mecánicas que se
usarán en el ensayo (Ductilidad,
elasticidad, resistencia,
fragilidad).
d) Determinar en la gráfica
obtenida los puntos más
importantes que se relacionan
con las propiedades mecánicas
de los materiales.
3. EXPERIMENTAL
3.1 Materiales
En el presente laboratorio se evaluaron
y estudiaron dos materiales muy usados
en la industria: Acero 1020 y Acero
1045; en ese sentido (y para fines
prácticos) es necesario resaltar algunas
propiedades estándar de cada uno de
estos.
Estos dos metales fueron provistos por
la empresa SAE Aceros Especiales
(Calle 1 # 6-61, Cúcuta, Colombia),
cada probeta era de forma cilíndrica de
41cm de largo y 12,9 mm de diámetro.
El acero 1045 es un metal con medio
contenido de carbón Responde al
tratamiento térmico y al
endurecimiento por llama o inducción,
pero no es recomendado para
cementación o cianurado. Cuando se
hacen prácticas de soldadura
adecuadas, presenta soldabilidad
adecuada. Por su dureza y tenacidad es
adecuado para la fabricación de
componentes de maquinaria. La
composición química de este acero es
la siguiente:
%C %Mn %Pmáx %Smáx %Simáx
Análisis en % 0,43-0,50 0,6-0,9 0,04 0,05 0,2-0,4
Tabla 1. Composición Química del Acero
1045
4
Tabla 2. Composición Química del Acero 1020
Por su parte, el acero 1020 responde
bien al trabajo en frío y al tratamiento
térmico de cementación. La
soldabilidad es adecuada. Por su alta
tenacidad y baja resistencia mecánica
es adecuado para elementos de
maquinaria. La composición química
de este acero es la siguiente:
El análisis comparativo del ensayo de
tracción de cada uno de estos dos
materiales se realizó en el Laboratorio
de Materiales de la Universidad de
Pamplona en una Máquina Universal
de marca Shimadzu UH-600kNI®
ver
Imagen 7 en Anexos y su software
incorporado (Software TRAPEZIUM
2®
) arrojó los datos de la experiencia.
En ese mismo sentido, para el ensayo
de dureza se usó un durómetro de
marca Instron Wilson Rockwell Series
2000®
ver Imagen 8 en Anexos que
realizó algunos cálculos estadísticos
arrojando los resultados finales de
dureza de cada uno de los aceros; en
particular para esta experiencia de
laboratorio se realizaron pruebas de
dureza antes y después de realizar a
cada material el ensayo de tracción; si
bien y NO es conveniente hacerlo
(según la norma ASTM E8), para este
caso por cuestiones prácticas si se
desarrollaron estas pruebas de dureza.
3.2 Procedimiento
El procedimiento concerniente al
ensayo de tracción y el ensayo de
dureza realizado en el laboratorio se
encuentra de manera completa en la
guía del ensayo de tracción
proporcionado por el profesor.
Para el ensayo de tracción se midieron
las longitudes iniciales de cada una de
las probetas de loa aceros usados; estas
longitudes iniciales fueron
respectivamente la longitud calibrada
que posteriormente se usó para el
cálculo del porcentaje de elongación.
Se procedió luego a poner las probetas
en posición para la tracción; para ello
se colocaron en las mordazas de la
maquina universal y se verificó la
velocidad de carga para que se
presentara un óptimo desarrollo del
ensayo, los datos finales necesarios
fueron arrojador por el software de la
máquina universal los cuales fueron
tratados posteriormente en la
realización de los cálculos respectivos.
Para el ensayo de dureza se tomó como
base la escala Rockwell B con
identador de bola de 1/16 pulgadas
(esta escala e identador usado es
característico para Aceros blandos, de
construcción y metales no ferrosos). Se
tomó una base para material cilíndrico
y se procedió con el equipo de dureza y
se arrojaron los resultados por
triplicado.
%C %Mn %Pmáx %Smáx %Simáx
Análisis en % 0,18-0,23 0,3-0,6 0,04 0,05 0,15-0,3
5
Tabla 4. Resultados Dimensionales del Acero
1020
Tabla 3. Resultados Dimensionales del Acero
1045
4. RESULTADOS Y
DISCUSIÓN
Los resultados y su respectivo estudio
de este laboratorio se centran en el
análisis comparativo entre las
propiedades mecánicas de los aceros
1020 y 1045, y de igual modo, entre los
valores de las propiedades
estandarizadas en fichas técnicas de las
propiedades y su homólogo que se usó
en el laboratorio en cada una de los
ensayos realizados.
4.1 Geometría inicial y final
Para la discusión de resultados del
ensayo de tracción, es indispensable
poseer los datos iniciales y finales de la
geometría básica de los cilindros de
aceros usados; con estos, se realiza
posteriormente los cálculos de
porcentaje de reducción de área y
porcentaje neto de deformación ε. Los
resultados son los siguientes:
de igual modo, para el Acero 1020 se
obtuvieron estos resultados:
La geometría final es la que en
definitiva evidencia físicamente las
diferencias entre las propiedades
mecánicas de los materiales utilizados;
en específico, si se realiza un adecuado
estudio e interpretación de datos y de la
gráfica esfuerzo Vs deformación del
ensayo de tracción se pueden conocer
algunos puntos y propiedades de estos
materiales como la ductilidad, la
tenacidad, la plasticidad, la elasticidad,
el aspecto de fractura, el punto de
cedencia, la resistencia a la tracción:,
alargamiento total a la ruptura. Aunque
en el presente escrito NO se desarrollan
todos estos conceptos en el análisis, es
relevante mencionarlos.
Estos resultados de las longitudes
iniciales y finales de los Aceros 1020 y
1045 y sus diámetros iniciales y finales
sugieren un análisis acerca de la
diferencia en la ductilidad entre ambos;
el acero 1045 tuvo un alargamiento de
Acero 1020
(Probeta 5)
Longitud inicial (cm) 41
Longitud final (cm) 43,3
Diámetro inicial (mm) 12.9
Diámetro final (mm) 7,9
Acero 1045
(Probeta 2)
Longitud inicial (cm) 41
Longitud final (cm) 43.12
Diámetro inicial (mm) 12.9
Diámetro final (mm) 10,2
6
Tabla 5. Contenido de Carbono de los aceros
usados
Imagen 2. Cuello de Botella Metal Dúctil
Cuello de Botella
2,12 cm mientras que el acero 1020 un
alargamiento total de 2,3 cm, esto
quiere decir que el acero 1045 tiene
menor ductilidad que su compañero el
acero 1020. Si realizamos una
comparación del contenido de carbono
entre estos aceros:
Se puede observar claramente que a
mayor contenido de carbono menor
ductilidad posee el metal. La diferencia
entre la cantidad de carbono es del 25%
entre ambos, aunque parece poco, se
puede observar claramente el de menor
contenido de carbono tiene un
alargamiento mucho mayor.
Un aspecto muy relevante que se debe
mencionar referente al cambio de área
transversal de las probetas; en que, este
escrito (y en la mayoría de los análisis
de tracción) se toma que el área
transversal de las probetas permanecen
constantes pero realmente esto no
sucede así, por ello (para futuros casos
de estudio riguroso) se debe plantear
una ecuación diferencial que modele y
relacione el cambio de área transversal
de la probeta con otra variable
importante del ensayo de tracción,
como por ejemplo el tiempo (dA/dt) o
la carga (dA/dF) o alguna otra.
Una última cuestión referente al
cambio de geometría de las probetas
cilíndricas de acero 1020 y 1045 es el
tipo de fractura que sufrieron estas
probetas. Teniendo en cuenta los
resultados próximos a mostrarse, se
puede decir que se comprobó una
fractura dúctil por parte de ambas
probetas Imagen 9 e Imagen 10 en
anexos. La teoría disponible indica que
este tipo de fracturas ocurre bajo una
intensa deformación plástica. La
fractura dúctil comienza con la
formación de un cuello y la formación
de cavidades. Luego las cavidades se
fusionan en una grieta en el centro de la
muestra y se propaga hacia la superficie
en dirección perpendicular a la tensión
aplicada.
El cuello de botella que se formó en
ambos casos de estudio fue en el centro
de las probetas lo cual sugiere que
fueron exitosos ambos ensayos de
tracción.
Lo anterior confirma que los aceros al
carbono 1020 y 1045 (y los aceros en
general) poseen fractura dúctil.
SAE 1020 Acero al Carbono 0.20%C
SAE 1045 Acero al Carbono 0.45%C
7
Imagen 3. Calibrador Vernier
4.2 Ensayos de Tracción
Como ya se ha mencionado
anteriormente, los dos materiales
usados fueron el Acero 1020 y el Acero
1045; en el ensayo de tracción se logra
verificar de acuerdo con la teoría las
diferencias en cuanto a las propiedades
mecánicas que ya se aclararon antes.
En primer lugar, se va a analizar cada
metal por separado haciendo una
comparación de este con los valores
estándares de sus propiedades (teoría) y
luego una comparación entre los
resultados experimentales de
laboratorio del acero 1020 y 1045
analizando si en realidad se cumple lo
que la heurística ingenieril dice.
Antes de comenzar a realizar los
ensayos de tensión se deben tomar las
respectivas medidas dimensionales de
las probetas, se debe hacer énfasis en
este paso ya que de este depende en
gran medida los resultados posteriores
de la gráfica de este ensayo; en el
presente informe se tomaron las
medidas con un Calibrador Vernier,
aunque este apartado debe estar en
materiales, se pone en los análisis para
renombrar la importancia que tiene la
toma de las mediciones de longitudes y
diámetros.
A continuación se presenta los dos
ensayos de tracción realizados, la
comparación entre ellos y la teoría y de
igual modo lo que dice el ensayo de
dureza para estos aceros.
4.2.1 Ensayo de Tracción
del Acero 1020
El acero 1020 al igual que el 1045
pertenecen a la familia de aceros al
carbono; pero el 1020 se clasifica como
bajo contenido de carbono y el 1045
como contenido medio; se va a
verificar si las diferencias entre los
contenidos de carbonos varían las
propiedades mecánicas como lo sugiere
la teoría.
En primer lugar, se quiere mencionar
un dato en particular para el ensayo de
tracción en el acero 1020; y es que este
ensayo duró 350 segundos (5,83
minutos) es decir unos 50 segundos
(0,83 minutos) más que el otro ensayo
lo cual quiere decir que la Máquina
Universal necesitó “estirar” más a este
metal para llegar a su punto de rotura.
Esta cuestión empieza a tener
concordancia con la teoría, por
consiguiente, el porcentaje de
deformación es mayor que el ensayo al
otro acero en cuestión.
8
Gráfica 2. Zona Elástica del Acero 1020
Esta gráfica es la curva del esfuerzo Vs
deformación, posee un
comportamiento típico de un metal
dúctil (Es porque efectivamente el
Acero 1020 es un metal dúctil).
Gracias a esta gráfica se puede saber
con facilidad el Módulo de elasticidad
en el rango del comportamiento
elástico del metal; la pendiente de la
zona elástica va a ser el Módulo de
Young (E), nos ubicamos en la zona
plástica de la curva.
Lo anterior, quiere decir
matemáticamente que para hallar el
Modulo de Young debemos hallar la
ecuación de la recta desde las
coordenadas aproximadas (0,0) hasta
(2,501 , 478125).
Gráfica 1. Ensayo de Tracción del Acero
1020
0
100
200
300
400
500
600
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
σ(Mpa)
%ε (mm)
ENSAYO DE TRACCIÓN DEL ACERO 1020
9
Tabla 6. Módulo de Young del Acero 1020
Se obtiene entonces para esta sección
de la gráfica la siguiente ecuación de la
recta:
Y una correlación lineal de:
² 0,9942R 
Lo anterior indica que el Módulo de
Young (E) es:
208560
208,560
E Mpa
E Gpa


Realizando una comparación en el
valor cuantitativo teórico del Módulo
de Young para el acero 1020 se puede
comprobar la diferencia entre este valor
y el valor hallado en laboratorio:
Como se puede observar el error en el
valor experimental es en definitiva
aceptable bajo las normar estadísticas;
con seguridad se puede afirmar que este
ensayo fue exitoso a pesar de los
errores aleatorios y/o sistemáticos que
se pudieron haber cometido.
Continuando con el análisis de la del
Ensayo de Tracción del acero 1020
(gráfica 1) se pueden ubicar algunos
puntos muy importantes. El Límite
Elástico es el punto en el cual termina
el comportamiento elástico del material
y para pasar a una zona plástica; es fácil
ubicarlo comportamiento ya que
siempre se encuentra en la zona donde
existe un cambio en la línea de
tendencia de la gráfica de lineal a
polinómica. El esfuerzo del límite
elástico para este acero es 450 Mpa en
comparación del calibrado que es 441
Mpa
De igual forma se ubica el punto de
Fluencia (o cedencia) insertando una
línea paralela a la pendiente de la zona
elástica, esta pendiente es el valor del
Módulo de Young hallado
anteriormente, por consiguiente se
toma una línea con esta pendiente
partiendo desde 0,2% de deformación
hasta donde corte la gráfica en la zona
plástica; se puede tomar entonces la
medida corresponde al esfuerzo de
fluencia experimental del Acero 1020
que es en este caso es 460 Mpa. Otro
punto que se encuentra por análisis del
gráfico es el esfuerzo máximo, es el
punto máximo de la gráfica el cual
generalmente se encuentra en la zona
plástica. Para el Acero 1020 este punto
tiene un valor de 520 Mpa de los 539
Mpa del valor teórico y el esfuerzo de
rotura fue 360 Mpa
Valor
Teórico
Valor
Experimental %Error
190-200 Gpa 208,560 GPa 4,28%
208560 37099y x 
10
Gráfica 3. Ensayo de Tracción del Acero 1045
4.2.2 Ensayo de Tracción del Acero
1045
El Acero al Carbono 1045 es un tipo de
acero semiduro; como es sabido con
anterioridad posee un porcentaje de
carbono de 0,45% generalmente tiene
una resistencia mecánica de 62-70
kg/mm2
y una dureza de 180 HB. Este
metal posee mayor cantidad de carbono
que el Acero 1020 por ende se espera
que tenga mayor resistencia y menor
ductilidad y un módulo se Young
parecido.
En el gráfica anterior se presentó el
gráfico correspondiente al ensayo de
tracción del acero 1045 en donde se
muestra la gráfica el Esfuerzo Vs el
porcentaje de deformación en donde se
ubicaron y estudiaron los mismos
cuatro puntos que se analizaron en el
Ensayo de tracción del acero 1020 y así
mismo el módulo de Young.
Como se mencionó anteriormente, para
esta gráfica se ubicaron puntos
principales; el primero es analizar en la
zona plástica su tendencia para poder
calcular el Módulo de Young en esta
zona, aunque realmente no es la
ubicación de un punto sino el cálculo
del módulo de elasticidad en una franja
de coordenadas, se debe entonces
identificar la zona plástica para
posteriormente calcular la pendiente de
dicha zona
A continuación se presenta la gráfica
para la zona plástica de la cual se
calcula el módulo de elasticidad:
0,000
100,000
200,000
300,000
400,000
500,000
600,000
700,000
800,000
900,000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
σ(Mpa)
%ε (mm/mm)
ENSAYO DE TRACCIÓN DEL ACERO 1045
11
Gráfica 4. Zona Elástica del Acero 1045
Tabla 7. Módulo de Young del Acero 1045
Nuevamente se realiza el cálculo de
pendiente por regresión lineal pero
ahora en las coordenadas (0,0) y
(2,6 , 646,298) con la que se obtiene
la siguiente ecuación de recta:
210750 36856y x 
Yuna correlación lineal de:
² 0,9962R 
Lo anterior indica que el Módulo de
Young (E) es:
210750
210,750
E MPa
E GPa


Teniendo en cuenta este valor
experimental del módulo de
elasticidad se hace una
comparación con su valor teórico:
Para este caso igualmente el error es
aceptable. Para conocer el límite
elástico nos referimos la gráfica 2 la
cual representa este ensayo de tracción
del Acero1045, se ubica este punto en
el cambio de tendencia de la curva y
leemos el valor del esfuerzo en este
punto que representa entonces esfuerzo
del límite elástico es más o menos de
630 Mpa.
Para el Punto de fluencia hacemos lo
mismo que para el gráfico del acero
1020 trazando una línea paralela a la
de la cuerva de la zona elástica
partiendo desde una elongación del
0,2%, para ello leemos entonces el
valor esfuerzo de fluencia que es 655
Mpa en comparación con el teórico que
fue de 413 Mpa.
El esfuerzo máximo indica la
resistencia del material, para el acero
Valor
Teórico
Valor
Experimental %Error
200 Gpa 210,750 GPa 5,375%
12
Tabla 8. Resultados del Ensayo de dureza
Imagen 4. Indentadores del Ensayo Rockwell
1045 su valor es casi 800Mpa y se
conoce por ser el punto máximo de la
gráfica esfuerzo deformación.
Finalmente, se puede ubicar el punto de
fractura de este acero; el valor del
esfuerzo de fractura es 680 Mpa.
4.3Ensayos de Dureza
El ensayo de dureza mide la
resistencia de la superficie de un
material a la penetración por un
objeto duro. Se han inventado una
diversidad de pruebas de dureza,
pero las de uso más común son los
ensayos Rockwell y Brinell, en el
presente laboratorio se trabajó con la
escala Rockwell de escala B con un
indentador de bola (1/16 in). Imagen
11
Es de gran importancia mencionar que
en esta experiencia se realizaron dos
mediciones de dureza a cada probeta;
una antes del ensayo de tracción y otra
después del ensayo de tracción (según
la normal ASTM E8 no es conveniente
realizar este procedimiento pero aun así
se hizo así). A continuación se presenta
el informe de los datos de dureza
obtenidos antes y después del ensayo
de tracción:
Aunque no se va a ahondar en el
análisis del ensayo de dureza, si es
importante mencionar dos aspectos
fundamentales que la anterior tabla de
datos presenta:
Lo primero es la comprobación de la
diferencia de dureza que poseen los
aceros 1020 y 1045 conforme a la
diferencia de la cantidad de carbono, el
aumento del contenido de carbono en el
acero eleva su resistencia a la tracción,
incrementa el índice de fragilidad en
frío y hace que disminuya la tenacidad
y la ductilidad, es decir, que entre
mayor concentración de carbono tenga
va a ser más duro y esto se logró
comprobar con el experimento
realizado.
1020 1045
antes después Antes Antes
88.6 89.6 99.2 97.4
88.7 90.1 99.5 101.2
87.8 89.5 99.8 101.3
Prom: 88.3 Prom: 89.7 Prom: 99.5 Prom: 99.9
13
Tabla 9. Resumen de Resultados 1
Tabla 10. Resumen de Resultados 2
Ahora, analizando el aspecto
diferencial de este ensayo de dureza
(medición de dureza antes y después
del ensayo de tracción) se debe
mencionar que se presentó muy
seguramente un fenómeno denominado
endurecimiento por deformación, es
decir que la distorsión en la probetas
generadas por la penetración del
identador antes de la prueba de dureza
pudo generar una variación positiva en
el valor de la dureza final. Lo anterior
se verifica con los datos presentados en
la anterior tabla, el valor de la dureza
después de la prueba de tracción fue
mayor, y esto quiere decir que el
cambio de longitud en las probetas hizo
que se distorsionara la estructura
atómica de los aceros, por ende hubo
endurecimiento por deformación del
material.
4.4 Análisis comparativo de
los ensayos de tracción
Conforme se tienen los datos de cada
uno de los ensayos de tracción
realizados a los aceros 1020 y 1045 se
puede realizar una comparación de los
valores del Módulo de Young (E), del
límite elástico, del punto de fluencia y
del punto de fractura o rotura. Se desea
conocer cómo varian cuantitativamente
los valores de estos puntos y su
respectiva gráfica con las propiedades
mecánicas de estos aceros; a partir de
este tipo de análisis de los materiales se
realiza la elección de material para
una tarea o función específica según
las condiciones de trabajo u
operación.
A continuación se presenta la tabla de
los valores obtenidos en los dos
ensayos de tracción de cada uno de los
aceros en cuestión. La siguiente tabla
relaciona la resistencia de los aceros
estudiados:
De igual forma, la siguiente tabla
relaciona la ductilidad de estos dos
aceros:
*Dureza antes del Ensayo de tracción.
Teniendo en cuenta este consolidado
final de resultados se puede observar
que coincide con la teoría. La
resistencia del acero 1045 es mayor que
el acero 1020, pero su ductilidad es
menor; es decir que la ductilidad y la
resistencia son proporcionalmente
inversas.
Material
E
(Gpa)
σelas
(Mpa)
σY
(Mpa)
σmáx
(Mpa)
σr
(Mpa)
Acero 1020 208,56 450 460 520 360
Acero 1045 210,75 630 655 800 680
Material %ε
(mm/mm)
%RA
Dureza 1*
(Rockwell B)
Acero 1020 12,4 32 88.3
Acero 1045 10,6 65,5 99.5
14
Acero 1045
Acero 1020
0,000
100,000
200,000
300,000
400,000
500,000
600,000
700,000
800,000
900,000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
σ(Mpa)
%ε (mm/mm)
ENSAYO DE TRACCIÓN DEL ACERO 1045 Vs ACERO 1020
Gráfica 5. Gráficas del Ensayos de tracción del Acero 1045 y 1020
Imagen 6. Curva de Material Dúctil y Frágil
La anterior grafica evidencia algunas
diferencias del ensayo de tracción del
acero 1045 y 1020. Se observa (como
se ha venido mencionando a lo largo de
este escrito) que el acero 1045 es más
resistente pero es menos dúctil que el
acero 1020.
En los anteriores cálculos se obtuvo
que sus módulos de Young fueron muy
parecidos, pero luego hay una
dispersión en la línea de tendencia de
ambas, mientras mayor es el módulo
más rígido es el material; a mayor
resistencia aumenta la fragilidad del
material, esto se puede ver en la gráfica
(relacionando el porcentaje de
elongación de cada uno).
El porcentaje de reducción de área
relaciona asimismo la ductilidad; como
el acero 1020 tuvo mayor ductilidad
entonces su porcentaje de reducción de
área debía ser mayor que el del acero
1045, esto se logra ver en la gráfica y
en la teoría ya que este posee menor
cantidad de carbono. La dureza se
relaciona (entre otras cosas) con el
esfuerzo máximo, se logra observar que
el de mayor resistencia, es decir, el
acero que tiene mayor esfuerzo posee
mayor dureza con respecto al otro. En
ese sentido, el de mayor cantidad de
carbono es más frágil (más duro pero
menos dúctil que el otro), la siguiente
imagen hace una idea de lo que sucede
en la anterior gráfica:
15
5. CONCLUSIONES
En el informe de laboratorio se logró
comprobar que las propiedades dúctiles
y de rigidez de un material son
inversamente proporcional.
La concentración de carbono en aceros
afecta en gran medida sus propiedades
mecánicas; entre mayor sea su
concentración porcentual mayor va a
ser su dureza pero así mismo su
fragilidad, se debe considerar entonces
que para la elección de un material hay
que conocer las implicaciones de
composición química del material a
escoger y las condiciones de uso de
estos.
Se logró comprobar con la teoría que el
acero 1020 es más dúctil que el acero
1045, pero que igualmente el acero
1045 posee mayor resistencia para las
condiciones de trabajo.
La dureza de un acero es proporcional
a su concentración de carbono en la
estructura molecular.
La elección de un material está
determinada por las propiedades
mecánicas; para el ensayo de tracción
se puede encontrar el 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
que se requiera.
6. RECOMENDACIONES
Se recomienda para futuras prácticas
considerar no constante el área en el
transcurso del ensayo de tracción.
Aunque por fines prácticos se realizó
una medición de dureza antes después
del ensayo de tracción a cada acero, se
aconseja no hacer este procedimiento
ya que definitivamente puede causar
distorsiones en el material
16
7. BIBLIOGRAFÍA
KOTHLEENS, Drogolich. KELLY,
Ferrtuz.ASM HANDBOOK: fatiga y
fractura 1974. V.19, p. 198.
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1ed. Mexico: Pearson, 1999. p. 359-
368
SHIGLEY, Joseph Edwar y
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ingeniería mecánica: diseño de
elementos roscados y de sujeción
diversa. 5 ed. México: Mc Graw Hill,
1990. P. 406
STEPHEN P, Shao Ph D. Estadística
para economistas y administradores de
empresas: promedios: mediana, media
aritmética, moda. 15 ed. México:
Herrero hermanos, 1979.P.152-196
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C., Rodríguez, C., & Belzunce, F. J.
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Iberoamericano de Soldagem, 1992
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tamaño de probeta y orientación en la
resistencia a la tracción ya la tenacidad
a la fractura. Revista de metalurgia,
43(5), 337-351.
17
Imagen 11. Ensayo de DurezaImagen 10. Acero 1020
Imagen 9. Acero 1045
Imagen 8. DurómetroImagen 8. Máquina Universal
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ANÁLISIS COMPARATIVO DE PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO 1020 Y 1045

  • 1. 1 In this laboratory were performed trials of tensile and hardness of 1020 steel and 1045 steel.The test results were studied in tables and graphs for know and checking in the available theory differences in mechanical properties between these steels; i was finally obtained that the carbon concentration of a steel directly affects their strength, ductility and hardness. The 1020 steel was more ductile and less hard than the 1045 but in counterpart the latter was resistant and more hard.The trials were considered successful as a short comparative analysis with qualitative and quantitative theory of the issues in question took place. R E S U M E NI N F O I N G E N I E R Í A Q U Í M I C A Estudiantes de Ingeniería Química (1) dnyoana@hotmail.com (2) y.zambrano10@hotmail.com A B S T R A C T Análisis Comparativo De Propiedades Mecánicas Del Acero 1045 y 1020 Deny Poveda Zárate(1) ; Yorman Zambrano Silva (2) Materiales en Ingeniería Química Programa de Ingeniería Química Universidad de Pamplona Key words Test, steel, stress, ductility, tensile En el presente laboratorio se realizaron ensayos de tracción y dureza para el Acero 1020 y el Acero 1045. Se estudiaron los resultados en tablas y gráficos para conocer y comprobar con la teoría disponible las diferencias en las propiedades mecánicas entre estos aceros; se obtuvo finalmente que la cantidad de carbono de un acero afecta directamente su resistencia, ductilidad y dureza. El acero 1020 resultó ser más dúctil y menos duro que el 1045 pero en contraparte este último fue más duro y resistente. Los ensayos se consideran exitosos conforme se realizó un corto análisis comparativo con la teoría cualitativa y cuantitativa de los temas en cuestión. Palabras claves. Ensayo, acero, esfuerzo, ductilidad, tracción.
  • 2. 2 0 F A   0 0 fl l l    1. INTRODUCCIÓN El pilar fundamental para quienes trabajan en diseño mecánico y selección de materiales es la interpretación y aplicación correcta de las propiedades obtenidas de los ensayos de propiedades mecánicas. Uno de los ensayos más relevantes para la selección adecuada de materiales es el ensayo de tracción. El ensayo de tracción mide la resistencia de un material a una fuerza estática o gradualmente aplicada. La probeta se coloca en la máquina de pruebas y se le aplica una fuerza F, que se conoce como carga. Para medir el alargamiento del material causado por la aplicación de fuerza en la longitud calibrada se utiliza un extensómetro. Para un material dado, los resultados de un solo ensayo son aplicables a todo tamaño y formas de muestras, si se convierte la fuerza en esfuerzo y la distancia entre marcas calibradas en deformación. El esfuerzo y la deformación ingenieriles se definen mediante las ecuaciones siguientes: * Esfuerzo Ingenieril ( ): A0 es el área original de la sección transversal de la probeta antes de iniciarse el ensayo. F es la fuerza aplicada a la probeta. ** Deformación Ingenieril ( ): l0 es la distancia original entre marcas calibradas. lf es la distancia entre las mismas, después de haberse aplicado la fuerza F. Cuando se ha graficado el esfuerzo con el esfuerzo Vs con el porcentaje de deformación se obtiene una gráfica de tipo: Imagen 1. Curva estrés-deformación (Al)
  • 3. 3 2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo General Interpretar los datos del ensayo de tracción, en función de los conceptos adquiridos y las variables que implica dicha prueba, para la aplicación ingenieril de los mismos. 2.2 Objetivos Específicos a) Conocer las definiciones y métodos comúnmente utilizados y aprobados por la norma ASTM E8 para el ensayo de tracción. b) Entender e interpretar el comportamiento de los materiales en la prueba de tracción en función de los datos obtenidos. c) Conocer los conceptos de las propiedades mecánicas que se usarán en el ensayo (Ductilidad, elasticidad, resistencia, fragilidad). d) Determinar en la gráfica obtenida los puntos más importantes que se relacionan con las propiedades mecánicas de los materiales. 3. EXPERIMENTAL 3.1 Materiales En el presente laboratorio se evaluaron y estudiaron dos materiales muy usados en la industria: Acero 1020 y Acero 1045; en ese sentido (y para fines prácticos) es necesario resaltar algunas propiedades estándar de cada uno de estos. Estos dos metales fueron provistos por la empresa SAE Aceros Especiales (Calle 1 # 6-61, Cúcuta, Colombia), cada probeta era de forma cilíndrica de 41cm de largo y 12,9 mm de diámetro. El acero 1045 es un metal con medio contenido de carbón Responde al tratamiento térmico y al endurecimiento por llama o inducción, pero no es recomendado para cementación o cianurado. Cuando se hacen prácticas de soldadura adecuadas, presenta soldabilidad adecuada. Por su dureza y tenacidad es adecuado para la fabricación de componentes de maquinaria. La composición química de este acero es la siguiente: %C %Mn %Pmáx %Smáx %Simáx Análisis en % 0,43-0,50 0,6-0,9 0,04 0,05 0,2-0,4 Tabla 1. Composición Química del Acero 1045
  • 4. 4 Tabla 2. Composición Química del Acero 1020 Por su parte, el acero 1020 responde bien al trabajo en frío y al tratamiento térmico de cementación. La soldabilidad es adecuada. Por su alta tenacidad y baja resistencia mecánica es adecuado para elementos de maquinaria. La composición química de este acero es la siguiente: El análisis comparativo del ensayo de tracción de cada uno de estos dos materiales se realizó en el Laboratorio de Materiales de la Universidad de Pamplona en una Máquina Universal de marca Shimadzu UH-600kNI® ver Imagen 7 en Anexos y su software incorporado (Software TRAPEZIUM 2® ) arrojó los datos de la experiencia. En ese mismo sentido, para el ensayo de dureza se usó un durómetro de marca Instron Wilson Rockwell Series 2000® ver Imagen 8 en Anexos que realizó algunos cálculos estadísticos arrojando los resultados finales de dureza de cada uno de los aceros; en particular para esta experiencia de laboratorio se realizaron pruebas de dureza antes y después de realizar a cada material el ensayo de tracción; si bien y NO es conveniente hacerlo (según la norma ASTM E8), para este caso por cuestiones prácticas si se desarrollaron estas pruebas de dureza. 3.2 Procedimiento El procedimiento concerniente al ensayo de tracción y el ensayo de dureza realizado en el laboratorio se encuentra de manera completa en la guía del ensayo de tracción proporcionado por el profesor. Para el ensayo de tracción se midieron las longitudes iniciales de cada una de las probetas de loa aceros usados; estas longitudes iniciales fueron respectivamente la longitud calibrada que posteriormente se usó para el cálculo del porcentaje de elongación. Se procedió luego a poner las probetas en posición para la tracción; para ello se colocaron en las mordazas de la maquina universal y se verificó la velocidad de carga para que se presentara un óptimo desarrollo del ensayo, los datos finales necesarios fueron arrojador por el software de la máquina universal los cuales fueron tratados posteriormente en la realización de los cálculos respectivos. Para el ensayo de dureza se tomó como base la escala Rockwell B con identador de bola de 1/16 pulgadas (esta escala e identador usado es característico para Aceros blandos, de construcción y metales no ferrosos). Se tomó una base para material cilíndrico y se procedió con el equipo de dureza y se arrojaron los resultados por triplicado. %C %Mn %Pmáx %Smáx %Simáx Análisis en % 0,18-0,23 0,3-0,6 0,04 0,05 0,15-0,3
  • 5. 5 Tabla 4. Resultados Dimensionales del Acero 1020 Tabla 3. Resultados Dimensionales del Acero 1045 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los resultados y su respectivo estudio de este laboratorio se centran en el análisis comparativo entre las propiedades mecánicas de los aceros 1020 y 1045, y de igual modo, entre los valores de las propiedades estandarizadas en fichas técnicas de las propiedades y su homólogo que se usó en el laboratorio en cada una de los ensayos realizados. 4.1 Geometría inicial y final Para la discusión de resultados del ensayo de tracción, es indispensable poseer los datos iniciales y finales de la geometría básica de los cilindros de aceros usados; con estos, se realiza posteriormente los cálculos de porcentaje de reducción de área y porcentaje neto de deformación ε. Los resultados son los siguientes: de igual modo, para el Acero 1020 se obtuvieron estos resultados: La geometría final es la que en definitiva evidencia físicamente las diferencias entre las propiedades mecánicas de los materiales utilizados; en específico, si se realiza un adecuado estudio e interpretación de datos y de la gráfica esfuerzo Vs deformación del ensayo de tracción se pueden conocer algunos puntos y propiedades de estos materiales como la ductilidad, la tenacidad, la plasticidad, la elasticidad, el aspecto de fractura, el punto de cedencia, la resistencia a la tracción:, alargamiento total a la ruptura. Aunque en el presente escrito NO se desarrollan todos estos conceptos en el análisis, es relevante mencionarlos. Estos resultados de las longitudes iniciales y finales de los Aceros 1020 y 1045 y sus diámetros iniciales y finales sugieren un análisis acerca de la diferencia en la ductilidad entre ambos; el acero 1045 tuvo un alargamiento de Acero 1020 (Probeta 5) Longitud inicial (cm) 41 Longitud final (cm) 43,3 Diámetro inicial (mm) 12.9 Diámetro final (mm) 7,9 Acero 1045 (Probeta 2) Longitud inicial (cm) 41 Longitud final (cm) 43.12 Diámetro inicial (mm) 12.9 Diámetro final (mm) 10,2
  • 6. 6 Tabla 5. Contenido de Carbono de los aceros usados Imagen 2. Cuello de Botella Metal Dúctil Cuello de Botella 2,12 cm mientras que el acero 1020 un alargamiento total de 2,3 cm, esto quiere decir que el acero 1045 tiene menor ductilidad que su compañero el acero 1020. Si realizamos una comparación del contenido de carbono entre estos aceros: Se puede observar claramente que a mayor contenido de carbono menor ductilidad posee el metal. La diferencia entre la cantidad de carbono es del 25% entre ambos, aunque parece poco, se puede observar claramente el de menor contenido de carbono tiene un alargamiento mucho mayor. Un aspecto muy relevante que se debe mencionar referente al cambio de área transversal de las probetas; en que, este escrito (y en la mayoría de los análisis de tracción) se toma que el área transversal de las probetas permanecen constantes pero realmente esto no sucede así, por ello (para futuros casos de estudio riguroso) se debe plantear una ecuación diferencial que modele y relacione el cambio de área transversal de la probeta con otra variable importante del ensayo de tracción, como por ejemplo el tiempo (dA/dt) o la carga (dA/dF) o alguna otra. Una última cuestión referente al cambio de geometría de las probetas cilíndricas de acero 1020 y 1045 es el tipo de fractura que sufrieron estas probetas. Teniendo en cuenta los resultados próximos a mostrarse, se puede decir que se comprobó una fractura dúctil por parte de ambas probetas Imagen 9 e Imagen 10 en anexos. La teoría disponible indica que este tipo de fracturas ocurre bajo una intensa deformación plástica. La fractura dúctil comienza con la formación de un cuello y la formación de cavidades. Luego las cavidades se fusionan en una grieta en el centro de la muestra y se propaga hacia la superficie en dirección perpendicular a la tensión aplicada. El cuello de botella que se formó en ambos casos de estudio fue en el centro de las probetas lo cual sugiere que fueron exitosos ambos ensayos de tracción. Lo anterior confirma que los aceros al carbono 1020 y 1045 (y los aceros en general) poseen fractura dúctil. SAE 1020 Acero al Carbono 0.20%C SAE 1045 Acero al Carbono 0.45%C
  • 7. 7 Imagen 3. Calibrador Vernier 4.2 Ensayos de Tracción Como ya se ha mencionado anteriormente, los dos materiales usados fueron el Acero 1020 y el Acero 1045; en el ensayo de tracción se logra verificar de acuerdo con la teoría las diferencias en cuanto a las propiedades mecánicas que ya se aclararon antes. En primer lugar, se va a analizar cada metal por separado haciendo una comparación de este con los valores estándares de sus propiedades (teoría) y luego una comparación entre los resultados experimentales de laboratorio del acero 1020 y 1045 analizando si en realidad se cumple lo que la heurística ingenieril dice. Antes de comenzar a realizar los ensayos de tensión se deben tomar las respectivas medidas dimensionales de las probetas, se debe hacer énfasis en este paso ya que de este depende en gran medida los resultados posteriores de la gráfica de este ensayo; en el presente informe se tomaron las medidas con un Calibrador Vernier, aunque este apartado debe estar en materiales, se pone en los análisis para renombrar la importancia que tiene la toma de las mediciones de longitudes y diámetros. A continuación se presenta los dos ensayos de tracción realizados, la comparación entre ellos y la teoría y de igual modo lo que dice el ensayo de dureza para estos aceros. 4.2.1 Ensayo de Tracción del Acero 1020 El acero 1020 al igual que el 1045 pertenecen a la familia de aceros al carbono; pero el 1020 se clasifica como bajo contenido de carbono y el 1045 como contenido medio; se va a verificar si las diferencias entre los contenidos de carbonos varían las propiedades mecánicas como lo sugiere la teoría. En primer lugar, se quiere mencionar un dato en particular para el ensayo de tracción en el acero 1020; y es que este ensayo duró 350 segundos (5,83 minutos) es decir unos 50 segundos (0,83 minutos) más que el otro ensayo lo cual quiere decir que la Máquina Universal necesitó “estirar” más a este metal para llegar a su punto de rotura. Esta cuestión empieza a tener concordancia con la teoría, por consiguiente, el porcentaje de deformación es mayor que el ensayo al otro acero en cuestión.
  • 8. 8 Gráfica 2. Zona Elástica del Acero 1020 Esta gráfica es la curva del esfuerzo Vs deformación, posee un comportamiento típico de un metal dúctil (Es porque efectivamente el Acero 1020 es un metal dúctil). Gracias a esta gráfica se puede saber con facilidad el Módulo de elasticidad en el rango del comportamiento elástico del metal; la pendiente de la zona elástica va a ser el Módulo de Young (E), nos ubicamos en la zona plástica de la curva. Lo anterior, quiere decir matemáticamente que para hallar el Modulo de Young debemos hallar la ecuación de la recta desde las coordenadas aproximadas (0,0) hasta (2,501 , 478125). Gráfica 1. Ensayo de Tracción del Acero 1020 0 100 200 300 400 500 600 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 σ(Mpa) %ε (mm) ENSAYO DE TRACCIÓN DEL ACERO 1020
  • 9. 9 Tabla 6. Módulo de Young del Acero 1020 Se obtiene entonces para esta sección de la gráfica la siguiente ecuación de la recta: Y una correlación lineal de: ² 0,9942R  Lo anterior indica que el Módulo de Young (E) es: 208560 208,560 E Mpa E Gpa   Realizando una comparación en el valor cuantitativo teórico del Módulo de Young para el acero 1020 se puede comprobar la diferencia entre este valor y el valor hallado en laboratorio: Como se puede observar el error en el valor experimental es en definitiva aceptable bajo las normar estadísticas; con seguridad se puede afirmar que este ensayo fue exitoso a pesar de los errores aleatorios y/o sistemáticos que se pudieron haber cometido. Continuando con el análisis de la del Ensayo de Tracción del acero 1020 (gráfica 1) se pueden ubicar algunos puntos muy importantes. El Límite Elástico es el punto en el cual termina el comportamiento elástico del material y para pasar a una zona plástica; es fácil ubicarlo comportamiento ya que siempre se encuentra en la zona donde existe un cambio en la línea de tendencia de la gráfica de lineal a polinómica. El esfuerzo del límite elástico para este acero es 450 Mpa en comparación del calibrado que es 441 Mpa De igual forma se ubica el punto de Fluencia (o cedencia) insertando una línea paralela a la pendiente de la zona elástica, esta pendiente es el valor del Módulo de Young hallado anteriormente, por consiguiente se toma una línea con esta pendiente partiendo desde 0,2% de deformación hasta donde corte la gráfica en la zona plástica; se puede tomar entonces la medida corresponde al esfuerzo de fluencia experimental del Acero 1020 que es en este caso es 460 Mpa. Otro punto que se encuentra por análisis del gráfico es el esfuerzo máximo, es el punto máximo de la gráfica el cual generalmente se encuentra en la zona plástica. Para el Acero 1020 este punto tiene un valor de 520 Mpa de los 539 Mpa del valor teórico y el esfuerzo de rotura fue 360 Mpa Valor Teórico Valor Experimental %Error 190-200 Gpa 208,560 GPa 4,28% 208560 37099y x 
  • 10. 10 Gráfica 3. Ensayo de Tracción del Acero 1045 4.2.2 Ensayo de Tracción del Acero 1045 El Acero al Carbono 1045 es un tipo de acero semiduro; como es sabido con anterioridad posee un porcentaje de carbono de 0,45% generalmente tiene una resistencia mecánica de 62-70 kg/mm2 y una dureza de 180 HB. Este metal posee mayor cantidad de carbono que el Acero 1020 por ende se espera que tenga mayor resistencia y menor ductilidad y un módulo se Young parecido. En el gráfica anterior se presentó el gráfico correspondiente al ensayo de tracción del acero 1045 en donde se muestra la gráfica el Esfuerzo Vs el porcentaje de deformación en donde se ubicaron y estudiaron los mismos cuatro puntos que se analizaron en el Ensayo de tracción del acero 1020 y así mismo el módulo de Young. Como se mencionó anteriormente, para esta gráfica se ubicaron puntos principales; el primero es analizar en la zona plástica su tendencia para poder calcular el Módulo de Young en esta zona, aunque realmente no es la ubicación de un punto sino el cálculo del módulo de elasticidad en una franja de coordenadas, se debe entonces identificar la zona plástica para posteriormente calcular la pendiente de dicha zona A continuación se presenta la gráfica para la zona plástica de la cual se calcula el módulo de elasticidad: 0,000 100,000 200,000 300,000 400,000 500,000 600,000 700,000 800,000 900,000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 σ(Mpa) %ε (mm/mm) ENSAYO DE TRACCIÓN DEL ACERO 1045
  • 11. 11 Gráfica 4. Zona Elástica del Acero 1045 Tabla 7. Módulo de Young del Acero 1045 Nuevamente se realiza el cálculo de pendiente por regresión lineal pero ahora en las coordenadas (0,0) y (2,6 , 646,298) con la que se obtiene la siguiente ecuación de recta: 210750 36856y x  Yuna correlación lineal de: ² 0,9962R  Lo anterior indica que el Módulo de Young (E) es: 210750 210,750 E MPa E GPa   Teniendo en cuenta este valor experimental del módulo de elasticidad se hace una comparación con su valor teórico: Para este caso igualmente el error es aceptable. Para conocer el límite elástico nos referimos la gráfica 2 la cual representa este ensayo de tracción del Acero1045, se ubica este punto en el cambio de tendencia de la curva y leemos el valor del esfuerzo en este punto que representa entonces esfuerzo del límite elástico es más o menos de 630 Mpa. Para el Punto de fluencia hacemos lo mismo que para el gráfico del acero 1020 trazando una línea paralela a la de la cuerva de la zona elástica partiendo desde una elongación del 0,2%, para ello leemos entonces el valor esfuerzo de fluencia que es 655 Mpa en comparación con el teórico que fue de 413 Mpa. El esfuerzo máximo indica la resistencia del material, para el acero Valor Teórico Valor Experimental %Error 200 Gpa 210,750 GPa 5,375%
  • 12. 12 Tabla 8. Resultados del Ensayo de dureza Imagen 4. Indentadores del Ensayo Rockwell 1045 su valor es casi 800Mpa y se conoce por ser el punto máximo de la gráfica esfuerzo deformación. Finalmente, se puede ubicar el punto de fractura de este acero; el valor del esfuerzo de fractura es 680 Mpa. 4.3Ensayos de Dureza El ensayo de dureza mide la resistencia de la superficie de un material a la penetración por un objeto duro. Se han inventado una diversidad de pruebas de dureza, pero las de uso más común son los ensayos Rockwell y Brinell, en el presente laboratorio se trabajó con la escala Rockwell de escala B con un indentador de bola (1/16 in). Imagen 11 Es de gran importancia mencionar que en esta experiencia se realizaron dos mediciones de dureza a cada probeta; una antes del ensayo de tracción y otra después del ensayo de tracción (según la normal ASTM E8 no es conveniente realizar este procedimiento pero aun así se hizo así). A continuación se presenta el informe de los datos de dureza obtenidos antes y después del ensayo de tracción: Aunque no se va a ahondar en el análisis del ensayo de dureza, si es importante mencionar dos aspectos fundamentales que la anterior tabla de datos presenta: Lo primero es la comprobación de la diferencia de dureza que poseen los aceros 1020 y 1045 conforme a la diferencia de la cantidad de carbono, el aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad, es decir, que entre mayor concentración de carbono tenga va a ser más duro y esto se logró comprobar con el experimento realizado. 1020 1045 antes después Antes Antes 88.6 89.6 99.2 97.4 88.7 90.1 99.5 101.2 87.8 89.5 99.8 101.3 Prom: 88.3 Prom: 89.7 Prom: 99.5 Prom: 99.9
  • 13. 13 Tabla 9. Resumen de Resultados 1 Tabla 10. Resumen de Resultados 2 Ahora, analizando el aspecto diferencial de este ensayo de dureza (medición de dureza antes y después del ensayo de tracción) se debe mencionar que se presentó muy seguramente un fenómeno denominado endurecimiento por deformación, es decir que la distorsión en la probetas generadas por la penetración del identador antes de la prueba de dureza pudo generar una variación positiva en el valor de la dureza final. Lo anterior se verifica con los datos presentados en la anterior tabla, el valor de la dureza después de la prueba de tracción fue mayor, y esto quiere decir que el cambio de longitud en las probetas hizo que se distorsionara la estructura atómica de los aceros, por ende hubo endurecimiento por deformación del material. 4.4 Análisis comparativo de los ensayos de tracción Conforme se tienen los datos de cada uno de los ensayos de tracción realizados a los aceros 1020 y 1045 se puede realizar una comparación de los valores del Módulo de Young (E), del límite elástico, del punto de fluencia y del punto de fractura o rotura. Se desea conocer cómo varian cuantitativamente los valores de estos puntos y su respectiva gráfica con las propiedades mecánicas de estos aceros; a partir de este tipo de análisis de los materiales se realiza la elección de material para una tarea o función específica según las condiciones de trabajo u operación. A continuación se presenta la tabla de los valores obtenidos en los dos ensayos de tracción de cada uno de los aceros en cuestión. La siguiente tabla relaciona la resistencia de los aceros estudiados: De igual forma, la siguiente tabla relaciona la ductilidad de estos dos aceros: *Dureza antes del Ensayo de tracción. Teniendo en cuenta este consolidado final de resultados se puede observar que coincide con la teoría. La resistencia del acero 1045 es mayor que el acero 1020, pero su ductilidad es menor; es decir que la ductilidad y la resistencia son proporcionalmente inversas. Material E (Gpa) σelas (Mpa) σY (Mpa) σmáx (Mpa) σr (Mpa) Acero 1020 208,56 450 460 520 360 Acero 1045 210,75 630 655 800 680 Material %ε (mm/mm) %RA Dureza 1* (Rockwell B) Acero 1020 12,4 32 88.3 Acero 1045 10,6 65,5 99.5
  • 14. 14 Acero 1045 Acero 1020 0,000 100,000 200,000 300,000 400,000 500,000 600,000 700,000 800,000 900,000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 σ(Mpa) %ε (mm/mm) ENSAYO DE TRACCIÓN DEL ACERO 1045 Vs ACERO 1020 Gráfica 5. Gráficas del Ensayos de tracción del Acero 1045 y 1020 Imagen 6. Curva de Material Dúctil y Frágil La anterior grafica evidencia algunas diferencias del ensayo de tracción del acero 1045 y 1020. Se observa (como se ha venido mencionando a lo largo de este escrito) que el acero 1045 es más resistente pero es menos dúctil que el acero 1020. En los anteriores cálculos se obtuvo que sus módulos de Young fueron muy parecidos, pero luego hay una dispersión en la línea de tendencia de ambas, mientras mayor es el módulo más rígido es el material; a mayor resistencia aumenta la fragilidad del material, esto se puede ver en la gráfica (relacionando el porcentaje de elongación de cada uno). El porcentaje de reducción de área relaciona asimismo la ductilidad; como el acero 1020 tuvo mayor ductilidad entonces su porcentaje de reducción de área debía ser mayor que el del acero 1045, esto se logra ver en la gráfica y en la teoría ya que este posee menor cantidad de carbono. La dureza se relaciona (entre otras cosas) con el esfuerzo máximo, se logra observar que el de mayor resistencia, es decir, el acero que tiene mayor esfuerzo posee mayor dureza con respecto al otro. En ese sentido, el de mayor cantidad de carbono es más frágil (más duro pero menos dúctil que el otro), la siguiente imagen hace una idea de lo que sucede en la anterior gráfica:
  • 15. 15 5. CONCLUSIONES En el informe de laboratorio se logró comprobar que las propiedades dúctiles y de rigidez de un material son inversamente proporcional. La concentración de carbono en aceros afecta en gran medida sus propiedades mecánicas; entre mayor sea su concentración porcentual mayor va a ser su dureza pero así mismo su fragilidad, se debe considerar entonces que para la elección de un material hay que conocer las implicaciones de composición química del material a escoger y las condiciones de uso de estos. Se logró comprobar con la teoría que el acero 1020 es más dúctil que el acero 1045, pero que igualmente el acero 1045 posee mayor resistencia para las condiciones de trabajo. La dureza de un acero es proporcional a su concentración de carbono en la estructura molecular. La elección de un material está determinada por las propiedades mecánicas; para el ensayo de tracción se puede encontrar el 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 que se requiera. 6. RECOMENDACIONES Se recomienda para futuras prácticas considerar no constante el área en el transcurso del ensayo de tracción. Aunque por fines prácticos se realizó una medición de dureza antes después del ensayo de tracción a cada acero, se aconseja no hacer este procedimiento ya que definitivamente puede causar distorsiones en el material
  • 16. 16 7. BIBLIOGRAFÍA KOTHLEENS, Drogolich. KELLY, Ferrtuz.ASM HANDBOOK: fatiga y fractura 1974. V.19, p. 198. NORTON, Robert L. Diseño de máquinas: Teorías de fallas por fatiga. 1ed. Mexico: Pearson, 1999. p. 359- 368 SHIGLEY, Joseph Edwar y MISCHKE, Charles R. Diseño en ingeniería mecánica: diseño de elementos roscados y de sujeción diversa. 5 ed. México: Mc Graw Hill, 1990. P. 406 STEPHEN P, Shao Ph D. Estadística para economistas y administradores de empresas: promedios: mediana, media aritmética, moda. 15 ed. México: Herrero hermanos, 1979.P.152-196 Autillo, J., Contreras, M. A., Betegón, C., Rodríguez, C., & Belzunce, F. J. (2006). Utilización del ensayo miniatura de punzonamiento (small punch test) en la caracterización mecánica de aceros. In Anales de Mecánica de Fractura (Vol. 23, pp. 77- 83). Lorusso, H., Burgueño, A., & Svoboda, H. (2008). Propiedades mecánicas y caracterización microestructural de diferentes aceros dual-phase. Anales SAM/CONAMET, 282-285. Iron and Steel Institute, “Advanced High Strenght Steels (AHSS): Application Guidelines”, Iron and Steel Institute, Committee of Automotive Applications, 2005. Cortés, R., Villanueva, J., Ponce, E., Rojas, M., & Rojas, E. (2004). Estudio de la soldabilidad y corrosión del acero inoxidable AISI 904L con los agentes utilizados en la lixiviación del cobre. Revista Facultad de Ingeniería, UTA (Chile), 12(2), 43-56. ESTE, P. S., & Sáenz, L. A. (2004). L. Evaluación de la resistencia a la fatiga y límite a fatiga de aceros de medio y bajo carbono. Revista Ingeniería UC, 11, 69-75. P.D. Bilmes; M.J. Solari; “Metalurgia de la Soldadura y Guías de la Soldabilidad de los Aceros Inoxidables Austeníticos”, Anais III Congresso Iberoamericano de Soldagem, 1992 Terán, J., González, J. L., Hallen, J. M., & Martínez, M. (2007). Efecto del tamaño de probeta y orientación en la resistencia a la tracción ya la tenacidad a la fractura. Revista de metalurgia, 43(5), 337-351.
  • 17. 17 Imagen 11. Ensayo de DurezaImagen 10. Acero 1020 Imagen 9. Acero 1045 Imagen 8. DurómetroImagen 8. Máquina Universal 8. ANEXOS