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Ensayo del acero....

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Ensayo a tracción de acero 1045 Carlos Canelo (T00042005); Gladys Barreto Herrera (T00051930); Luis Diaz (T00041942); Alain Nuñez (T00049566); Ivanna Zabaleta (T00045844); Luis Gamarra (T00042099)

Resumen

fabricante

La práctica se basa en someter a tracción dos probetas de acero ATM 1045. Con base a estos sometimientos, se van obteniendo unos datos de alargamiento que permiten obtener la deformación unitaria y a partir de la carga y el área transversal de la probeta, hallar los esfuerzos. Después se grafica la curva de Esfuerzo vs Deformación de la cual se observa el comportamiento del material y sirve para hallar sus propiedades mecánicas de las mismas para finalmente compararlos con los datos teóricos y sacar conclusiones pertinentes a partir de los errores y resultados obtenidos

A partir de los datos obtenidos en un ensayo de tracción, las propiedades que se pueden determinar, son las siguientes:

Palabras claves: Esfuerzo, deformación, deformación unitaria, zona elástica, zona plástica, esfuerzo último, tracción, fuerza axial, probeta, acero 1045, esfuerzo de fluencia

1. Introduction El ensayo de tracción es una prueba que consiste en el sometimiento de un material de prueba (probeta) a fuerzas axiales hasta su falla mediante el cual se pueden calcular algunas propiedades físicas y mecánicas de materiales, fundamentales para aplicaciones ingenieriles y cotidianos. En el laboratorio de mecánica de materiales, se utilizó la máquina de tracción para medir las características de ciertos materiales basados en las normas que rigen este experimento que conlleva a unos pasos a seguir para obtener los resultados buscados. Se realiza prueba de tracción del acero 1045 el cual tiene especificaciones técnicas de acuerdo al

•

Límite elástico

•

Punto de fluencia o cadencia

•

Esfuerzo último o límite de resistencia

•

Carga de rotura

•

Módulo de elasticidad

•

Límite de proporcionalidad

• Porcentaje de alargamiento y reducción de área Es debido mencionar que el ensayo de tracción de probetas es el más utilizado para los materiales metálicos. Estos materiales son puestos a prueba con el fin de obtener las características que se necesitan o se implementaran en una determinada obra, con ese fin se hacen los respectivos controles y seguimientos a los materiales debido a que conforman los elementos de la estructura. El ensayo de tracción se basa en el aumento prolongado y constante de esfuerzo de tensión sobre la barra hasta llevar el material a su punto de rotura, con el incremento del esfuerzo se van presentado un diferencial de deformación y con estos datos se va realizando la curva característica del material de Esfuerzo Vs Deformación. La norma ASTM E8 (American Society for

testing and materials), EN 10002-1 e ISO 6892 y la norma nacional NTC 2, son normas que hacen seguimiento y control a este tipo de ensayos. A diferencia de las mencionadas anteriormente, la NSR-10 nos exige los diferentes tipos de ensayos.

2. Teoría I.

Esfuerzo.

Se define como la capacidad que tiene un determinado material a oponerse una fuerza aplicada en un área transversal. II.

Deformación.

Se puede definir como un movimiento relativo entre partículas, generando así una distancia o acortamiento entre éstas lo que conlleva a un alargamiento o un acortamiento. III.

Límite de proporcionalidad.

Se define como el punto de frontera hasta el cual se puede calcular el módulo de elasticidad. Y el punto de frontera viene siendo el esfuerzo límite para no exceder la elasticidad. IV.

Esfuerzo de fluencia.

Está definido como el esfuerzo que provoca o genera las deformaciones plásticas o que a partir de este esfuerzo se producen las deformaciones que no se recuperan. V.

Zona elástica.

Es la zona que caracteriza al material por su elasticidad. La pendiente de esta zona está dada por la relación del esfuerzo entre la deformación unitaria. Hallando así el módulo de elasticidad. VI.

Zona plástica.

Es aquella en la cual se presentan las deformaciones plásticas a partir de un determinado esfuerzo constante, en ese punto ya el material no es capaz de regenerarse debido a el desgaste entre sus partículas.

VII.

Esfuerzo último.

Esfuerzo ante el cual el material no soporta más una deformación y falla o se fractura. VIII.

Rotura aparente.

Punto en el cual su esfuerzo disminuye después de la falla. IX.

Tracción de probetas metálicas.

El ensayo consiste en deformar una pieza de material gradualmente, que está sometida a tracción hasta el punto de rotura, con el fin de determinar a partir de los resultados las características propias del material. Los elementos que pueden ser ensayados tienen hojas metálicas, cables, barras y tubos. La característica del ensayo de tracción radica en el hecho de que permite medir la ductilidad, la resistencia, la plasticidad, el módulo de elasticidad, etc. El valor de la resistencia es utilizado en todo lo que se refiere al diseño. Los datos de la ductilidad, proveen una buena medida de los límites hasta los cuales se puede llegar a deformar el material que será puesto en obra. Al iniciarse el ensayo, el material se deforma elásticamente, esto significa que, si la carga se elimina, la muestra recupera su longitud inicial siempre y cuando no se exceda el esfuerzo de fluencia. Se dice que el material sobrepasó su límite elástico cuando la carga es de magnitud suficiente para iniciar una deformación plástica, es decir, deformación no recuperable. Eso se da cuando los esfuerzos se encuentran en la zona elasto-plastica del material. X.

Axiomas desarrollados.

Con base en la teoría es de esperarse que el material al momento de ser sometido a tensiones crecientes constantemente, se comporte de la mejor forma debido a que es una cualidad del material desarrollarse bien ante tensiones y no compresiones. Presentar grandes esfuerzos de oposición ante la deformación que le va generando al material un alargamiento

considerable debido a la magnitud de su elasticidad y una reducción de su área transversal. Otro parámetro esperado es su capacidad de deformarse elástica y plásticamente, aunque no se observe a simple vista debido a que se tendría que suspender el ensayo y ver como se recupera éste, mas sin embargo con la gráfica de Esfuerzo vs Deformación se podrá apreciar los resultados esperados. XI.

Materiales utilizados.    

Probetas de acero dúctil y de Aluminio Micrómetro o calibrador Vernier (Pie de Rey) Marcador de probetas Máquina universal UH – 600 kN

Cómo puede afectar el experimento.

Basándose en la proyección que se tiene con el material, es debido decir que el experimento proporciona o da idea sobre las propiedades y características reales que tiene este, es como si fuese un índice que a partir de un rango de valores nos da para este caso el resultado de sus mejores capacidades debido a que ya se cuenta con información de estos materiales por medio de fuentes de información. Una vez teniendo todas las variables que describen el comportamiento se puede dar un dictamen de las capacidades reales del material para ser puesto en obra y si cumple con las normativas basadas en lo primordial que es la resistencia. XII.

3. Procedimiento experimental

Predicciones experimento.

a

partir

del

Los resultados de estos materiales comprueban que la teoría es acertada debido a que, al momento de graficar los resultados, se nota el comportamiento que este tiene en el tiempo y a medida que se le incrementa la carga axial a tensión. Otra forma es al ver que la muestra falla después de un periodo de tiempo, eso significa que debió fallar a una carga que se incrementaba con el paso de éste. También se observa al momento de la falla, las condiciones en la cual queda el espécimen debido a una reducción de su área y en este el plano en el cual falló el material. Se espera que a través de los resultados obtenidos se observe una alta resistencia a la tracción debido a la duración de la fractura y por ende mayor elasticidad.

Procedimiento.   

Se Midieron las dimensiones de las probetas con la ayuda de un Pie de Rey. Se colocó la probeta en las mordazas de la máquina universal. Se activó la máquina universal para que se ajuste mecánicamente hasta que el indicador de carga marcara cero.

Se aplicó carga de manera gradual, hasta alcanzar el límite de fluencia. Después de la fluencia, se aplicó la carga hasta la ruptura de la probeta.  Una vez rota las probetas, se removían los trozos de ésta fracturada de la máquina.





Por último, se observó las características de la rotura.

Las mediciones que se llevaron a cabo fueron las del esfuerzo y deformación con forme pasaba el tiempo. El diámetro después de la rotura y la longitud.

4. Analisis de resultados y datos. Para referenciarnos en la consecución de la experiencia, se realizó la busqueda de los datos teoricos del acero ATM 1045.

Propiedades Mecanicas Acero ATM 1045

Item Limite de proporcionalidad Esfuerzo de fluencia Esfuerzo último % de reducción de area % de elongación

Valor -665 Gpa 965 Gpa 34%

σ=

Donde σ es el esfuerzo axial, P la carga y A el area de la sección transversal.

13%

Propiedades Mecánicas del 1045

Adicionalmente se toman los datos de las probetas utilizadas en la experiencia. Las areas transversales fueron calculadas mediante la ecuacion de area de una circunferencia de diametro d.

A=

Item Diametro i. Diametro f. Longitud i. Longitud F. Area Inicial Area final Carga final

P A

π d2 4

Probeta 1 0,0124 m 0.01 m 0,063 m 0,067 m 0.000121

Probeta 2 0.013 m 0.011 m 0.063 m 0.068 m 0.000133

0.000079 104.73 kN

0.000095 104.61 kN

Tabla 2. Datos de probetas.

Al someterse las probetas a tracción arrojaron los datos de carga vs alargamiento. Sin embargo, se discretizaron los valores para observar de mejor forma puntos importantes para el cálculo de las propiedades mecánicas de forma experimental, ademas se halla la gráfica de esfuerzo vs deformación mediante las siguientes formulas:

ε=

δ LO

Donde ε es la deformacion unitaria, δ el alargamiento y Lo la longitud inicial: Alargamient o (mm) 0 0 0,75 1,496 2,158 2,412 2,662 2,912 3,164 3,412 3,662 3,912 4,162 4,412 4,662 4,912 5,162 5,412 5,662 5,912 5,944 6,16 6,412 6,662 6,912 7,164 7,412

Carga (kN) 0 1,913 7,2 18,16875 32,625 39.243 46,088 53,081 60,09 67,16 74,06 80,66 86,57 91,59 95,79 99,375 101,42 103,13 104,03 104,48 104,64 104,74 104,36 103,8 102,86 101,74 100,65

7,664 7,916 8,166 8,416 8,668 8,918 9,17 9,186

99,36 98,08 96,73 95,29 93,68 91,99 89,96 89,79

Tabla 3. Carga vs alargamiento probeta 1

Deformacio n (mm/mm) 0,000 0,000 0,012 0,024 0,034 0,038 0,042 0,046 0,050 0,054 0,058 0,062 0,066 0,070 0,074 0,078 0,082 0,086 0,090 0,094 0,094 0,098 0,102 0,106 0,110 0,114 0,118 0,122 0,126 0,130

Esfuerzo (Gpa) 0,00 15,81 59,50 150,15 269,63 324,32 380,89 438,69 496,61 555,04 612,07 666,61 715,45 756,94 791,65 821,28 838,18 852,31 859,75 863,47 864,79 865,62 862,48 857,85 850,08 840,83 831,82 821,16 810,58 799,42

0,134 0,138 0,142 0,146 0,146

787,52 774,21 760,25 743,47 742,07

Tabla 4. Esfuerzo vs Deformación probeta 1

Podemos deducir que de Tabla 4. El esfuerzo máximo es de 865,62 Gpa y el esfuerzo de falla es de 742,07 Gpa

Alargamiento (mm) 0 0 0,752 1,498 2,218 2,484 2,734 2,984 3,234 3,484 3,732 3,982 4,232 4,482 4,732 4,982 5,234 5,484 5,734 5,982 6,216 6,232 6,484 6,734 6,986 7,234 7,484

Carga (Kn) 0 1,84 6,43 17,31 33,28 39,88 46,76 53,79 61,05 68,34 75,45 82,09 87,9 92,83 96,62 99,73 101,85 103,35 104,1 104,46 104,61 104,44 104,14 103,48 102,45 101,31 100,05

7,736 7,986 8,236 8,488 8,738 8,99 9,028

98,87 97,52 96,15 94,67 93,02 91,33 89,53

Tabla 5. Carga vs alargamiento probeta 2

Deformacio n 0,000 0,000 0,012 0,024 0,035 0,039 0,043 0,047 0,051 0,055 0,059 0,063 0,067 0,071 0,075 0,079 0,083 0,087 0,091 0,095 0,099 0,099 0,103 0,107 0,111 0,115 0,119 0,123 0,127 0,131 0,135

0,139 0,143 0,143

699,40 686,69 673,16

Tabla 6. Esfuerzo vs Deformacion probeta 2.

Podemos extraer los que el esfuerzo máximo para esta probeta es de 786,54 Gpa y el esfuerzo de fractura de 673,16 Gpa

Esfuerzo 0,00 13,83 48,35 130,15 250,23 299,85 351,58 404,44 459,02 513,83 567,29 617,22 660,90 697,97 726,47 749,85 765,79 777,07 782,71 785,41 786,54 785,26 783,01 778,05 770,30 761,73 752,26 743,38 733,23 722,93 711,80

Mediante la tabla 4. Y tabla 6. Se obtiene la grafica de esfuerzo vs deformación para cada probeta.

Grafica 1. Esfuerzo vs deformación probeta 1.

De este grafico podremos extraer que para la probeta 1, el límite de proporcionalidad es de aproximadamente 660,09 Gpa y el esfuerzo de fluencia de 726,47 Gpa

confiabilidad experiencia.

de

nuestra

El cálculo de error porcentual y reducciones de area y elongacion se calculan de la siguelnte forma:

|d 0−di|

%=

do

∗100

Donde el

d 0 es el dato teórico o inicial y d i el dato final o

Grafica 2. Esfuerzo vs deformación probeta 2.

experimental. La probeta 2 tiene un límite de proporcionalidad de 625,38 Gpa y su esfuerzo de fluencia de 756,94 Gpa. Estos datos son comparados con los teóricos para inferir la Item

Probeta 1

Probeta 2

Promedio

Teórico

Err

L. de proporcionalidad (Gpa) Esfuerzo de Fluencia (Gpa) Esfuerzo maximo(Gpa) % Reduccion de area % Elongacion

660.09

625.38

642.74

___

___

726.47

756.94

741.71

665

865,62

786,54

826.08

965

34.7%

29%

31.85%

34%

11.54 % 14.39 % 6.32%

6.35%

7.94%

7.145%

13%

45.81 %

Tabla 6. Teórico vs experimental.

5. Conclusiones En los resultados obtenidos anteriormente podemos inferir que aunque se presentaron errores significantes, logramos el objetivo de observar el comportamiento del acero, ya que estos se observan dentro de un rango permitido.

6. Referencias bibliograficas.

• ALUMINIOS Y METALES UNICORNIO, http://www.aluminiosymetalesunicornio.com.mx/6061.html

EMPRESA.

• BEER, F.P, JOHNSTON, E.R (2007). MECÁNICA DE MATERIALES. México, McGraw-Hill. • Cia general de aceros, ICONTEC, Acero Ingenieria al carbono. https://repository.unilibre.edu.co/bitstream/handle/10901/7826/VasquezTorresEdwinLiba rdo2013Anexos.pdf?sequence=2&isAllowed=y • GHARAGOZLOU, Y. ASTM E8 Ensayo de Tracción de Materiales Metálicos. Instron. España. http://www.instron.es/es-es/testing-solutions/by-material/metals/tension/astm-e8--automatic-extensometry.

• GERE, J.M. (2009). MECÁNICA DE MATERIALES. 6ª ed. México, Internacional Thomson Editores, • Hibbeler, R.C., MECÁNICA DE MATERIALES, tercera edición, Prentice – Hall.

• PRIETO, J., HERNANDEZ, C. Ensayo de https://es.scribd.com/doc/57151307/Informe-Ensayo-de-Traccion

tracción.

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