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• Jhon Ramos

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Mecánica de Materiales

MECANICA DE MATERIALES Laboratorio 1

“ENSAYO DE TRACCION” INFORME

Integrantes: -Avila Meza, Roy Alexander -Ramos Soto, Jhon - Meza Huanaco, Daniel Junior

Grupo: C12 – III –B

Profesor: Margarita Chevarria Moscoso

Fecha de realización: 06 de Marzo Fecha de Entrega: 13 de Marzo

2017

Mecánica de Materiales

1. Introducción En la actualidad los metales se han apoderado de la industria, siendo estos los más empleados para la fabricación de componentes, esto se debe en gran parte a sus propiedades. Para saber que material usar en la fabricación de algún componente debemos de saber a qué fuerzas estará sometido este y comprobar si nuestro material es capaz de soportar estos esfuerzos. Para esto se crearon los ensayos mecánicos, los cuales nos permiten determinar la resistencia de cada material al estar sometido a distintos esfuerzos. En el presente laboratorio se estudiará y analizará concretamente un tipo de ensayo mecánico estático: El ensayo de tracción. Este ensayo es considerado un ensayo destructivo y nos permite calcular distintos parámetros que el material posee, en otras palabras, nos permite saber sus límites y capacidades, dentro de estos límites se encuentra la zona elástica, zona plástica, zona de ruptura y algunos datos más que serán explicados en el presente informe. Para poder analizar y comprender los parámetros del ensayo de tracción se experimentará con cuatro materiales distintos: acero SAE1020, acero SAE 1045, cobre y aluminio. De estos tres materiales se realizará su respectivo ensayo de tracción y se analizarán sus resultados.

2. Objetivos  Analizar el comportamiento de los materiales sometidos a esfuerzo de tracción.  Realizar la prueba de tracción e interpretar los resultados obtenidos.

 Evaluar en el grafico obtenido esfuerzo vs deformación.  Reconocer los valores obtenidos e interpretar los parámetros.

 Seguridad.

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3. Herramientas y equipo o Equipo de ensayo de tracción ZWICK / ROELL

o Software TestXpert V12.0

4. Materiales y probetas o Probeta normalizada de acero SAE1020

o Probeta normalizada de acero SAE1045

o Probeta normalizada de cobre

o Probeta normalizada de aluminio

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5. Marco teórico Ensayo de tracción Es un ensayo mecánico estático destructivo que nos permite calcular la capacidad que tiene un material para soportar la acción de cargas estáticas o cargas que varían con baja velocidad. Este ensayo consiste básicamente en someter una probeta a esfuerzos axiales que se manifiestan de menor a mayor intensidad de manera lenta y continua. Durante este proceso la probeta empieza a estirarse, hasta que llega un momento en el cual se rompe. Después de que la probeta falla se retira de la máquina y se le realizan las mediciones, además se toman los datos que el Software nos otorga. De este ensayo lo más importante y donde se concentran todos los parámetros obtenidos en la experimentación es el diagrama esfuerzo deformación.

DIAGRAMA ESFUERZO – DEFORMACION También conocida como curva tensión vs deformación, nos demuestra tanto el esfuerzo como la deformación en base a las dimensiones originales de la probeta. Con este diagrama podemos obtener la resistencia y ductilidad del material. El modelo de este diagrama es el siguiente.

Ilustración 1 Modelo de diagrama Esfuerzo - Deformación

Mecánica de Materiales Del diagrama se pueden identificar los siguientes datos y parámetros: Límite de elasticidad (b): es la tensión máxima que el material soportara antes de que su deformación se vuelva permanente. Antes de este punto el material tendrá una deformación reversible y después de este la deformación será permanente. Punto de fluencia (C): es el punto en el cual se produce la fluencia, es decir la probeta sufre un alargamiento muy acelerado sin que la tensión se modifique durante el ensayo. Esfuerzo Máximo (d): Es la fuerza máxima de tracción que el material es capaz de soportar a partir de este punto la sección transversal de la probeta empieza a disminuir en gran medida y se produce la ruptura. Esfuerzo de Ruptura (e): es el verdadero esfuerzo que se produce cuando la ruptura de la probeta se produce.

Además se pueden identificar cuatro zonas distintivas:

Ilustración 2 Zonas diferenciales del diagrama Esfuerzo - Deformación

 1. Zona elástica: aquí se producen las deformaciones que son reversibles, se caracterizan por ser de pequeña magnitud y por repartirse a lo largo de la probeta, al dejar de aplicarle tensión la probeta regresara a su estado original. Esta zona puede dividirse en dos partes: una zona recta y una curva, el punto en el que estos dos se separan es al que llamamos límite de proporcionalidad.  2. Zona de Fluencia o Cedencia: es la zona donde se produce una deformación brusca de la probeta sin que se incremente la tensión. Este fenómeno es ocasionado cuando los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento. Cabe resaltar que no todos los materiales presentan este fenómeno, es decir la transición de la zona elástica a plástica no es muy clara ni brusca.

Mecánica de Materiales  3. Zona plástica: es la zona en la cual las deformaciones son permanentes, por más que se retire la fuerza de tensión la probeta no regresara a su estado original.  4. Zona de Estricción: en esta zona las deformaciones se dan en el centro de la probeta y se caracteriza por reducir su diámetro, las deformaciones se van acumulando hasta que se llega a la ruptura. La estricción es la responsable de la disminución de la curva de tensión.

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6. PLAN DE TRABAJO: a) Los ensayos se realizarán en grupos b) Observar atentamente la demostración realizada por el docente en cualquier tipo de probeta

c) Marcar la probeta a una longitud de 30 mm (L0)

d) Dividir la probeta en cuatro partes e) Medir el diámetro de la probeta (INPUT)

f) Seguir la secuencia de operación de la máquina para el ensayo de tracción descrito a continuación.

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7. RESULTADOS DEL ENSAYO DE TRACCIÓN:  Check list: 1. Conectar la máquina de ensayo antes de abrir el software test-xpert 2. Abrir el software y colocar en “ON” al botón de encendido del equipo 3. Verificar los parámetros de operación del equipo y configurar los inputs y output necesarios para el reporte del ensayo 4. Verificar las dimensiones de las probetas 5. Verificar la distancia entre mordaza de acuerdo a la longitud de la probeta 6. Colocar la probeta conforme al procedimiento descrito en la guía de laboratorio 7. Operar el equipo (botón start)



Cálculo de las dimensiones de los materiales de las Probetas o Para hallar las medidas de cada probeta es necesario el uso del calibrador vernier

o Después precedemos a calcularlas siguientes medidas de diferentes materiales de las probetas en donde:

 Diámetro inicial (D0): El diámetro inicial es de la sección reducida de la probeta.  Longitud inicial (L0): Medida de extremo a extremo de la probeta.  Área inicial (A0): El área inicial es sobre la sección reducida, se calcula mediante la fórmula del área del circulo ( ).  Diámetro final (Df): El diámetro final es de la sección reducida de la probeta después de ser sometida al ensayo de tracción.

Mecánica de Materiales  Longitud final (Lf): Es la medida de extremo a extremo de la probeta de ser sometida al ensayo de tracción.  Fuerza máxima (Fmáx): Es la fuerza máxima de la probeta al ser sometida al ensayo de tracción, este dato se obtiene a través del software test-xpert.  Fuerza (FF): Es la fuerza de la probeta

o Luego procedemos a colocar las probetas en el equipo de ensayo de tracción zwick / roell, para poder analizar la gráfica y obtención de datos.

Ilustración 3 Equipo de ensayo de tracción ZWICK / ROELL

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Datos de las probetas de distinto material al ser sometida al ensayo de tracción

Probeta acero AISI 1045

Medidas de la probeta acero AISI 1045 Diámetro inicial (D0)

Longitud inicial (L0)

Área inicial (A0)

Diámetro final (Df)

Longitud final (Lf)

Fuerza máxima (Fmäx)

Fuerza (FF)

6 mm

30 mm

28.27 mm2

5 mm

35 mm

24110 N

0N

Probeta acero AISI 1020

Medidas de la probeta acero AISI 1020 Diámetro inicial (D0)

Longitud inicial (L0)

Área inicial (A0)

Diámetro final (Df)

Longitud final (Lf)

Fuerza máxima (Fmäx)

Fuerza (FF)

6 mm

30 mm

28.27 mm2

4.8 mm

35 mm

17930 N

16890 N

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Probeta de cobre

Medidas de la probeta de cobre Diámetro inicial (D0)

Longitud inicial (L0)

Área inicial (A0)

Diámetro final (Df)

Longitud final (Lf)

Fuerza máxima (Fmäx)

Fuerza (FF)

5.9 mm

39.5 mm

27.34 mm2

3.84 mm

35.3 mm

8160 N

81140 N

Probeta de aluminio

Medidas de la probeta de aluminio Diámetro inicial (D0)

Longitud inicial (L0)

Área inicial (A0)

Diámetro final (Df)

Longitud final (Lf)

Fuerza máxima (Fmäx)

Fuerza (FF)

6 mm

30 mm

28.27 mm2

5 mm

36.4 mm

6900 N

6400 N

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8. ANALISIS DE LOS RESULTADOS

Acero AISI 1045 - 1020 

Como podemos observar en la imagen, la probeta de acero 1045 al ser sometida al ensayo de tracción esta presenta una reducción de área. En la cual la probeta se ha reducido aprox. 1 mm de diámetro.



La probeta de acero 1020 al ser sometida al ensayo de tracción esta presenta una reducción de área. En la cual la probeta se ha reducido aprox. 1.2 mm de diámetro.



Al ser sometida al ensayo de tracción, estas presentan un plano de rotura perpendicular a la carga.



Las superficies de los materiales frágiles son granular y brillosa.

Acero AISI 1045 - 1020

Cobre 

Como podemos observar en la imagen, la probeta de cobre al ser sometida al ensayo de tracción esta presenta una reducción de área. En la cual la probeta se ha reducido aprox. 2.06 mm de diámetro.



Al ser sometida al ensayo de tracción, estas presentan un plano de rotura perpendicular a la carga, en considerado un material tenaz (dúctil y resistencia)

Cobre

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Aluminio 

Como podemos observar en la imagen, la probeta de aluminio al ser sometida al ensayo de tracción esta presenta una reducción de área. En la cual la probeta se ha reducido aprox. 1 mm de diámetro.



Al ser sometida al ensayo de tracción, este presentara un ángulo de rotura de 450, conocida también como copa cono.



Considerado material dúctil, presentará una propagación lenta.



Los materiales dúctiles tienen una apariencia brillosa.

A continuación, se mostrará la gráfica de stress vs strain (estrés y la tensión) Gráfica 1: stress vs strain

1

2 3 4

 Como podemos observar hay cuatro representaciones gráficas de las distintitas probetas en la cual están enumeradas desde el más frágil hasta el más dúctil.

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o 1 (acero AISI 1045), considerado el más dúctil de las distintas probetas realizadas en ensayo de tracción.

o 2 (acero AISI 1020), considerado el segundo más dúctil de las distintas probetas realizadas en ensayo de tracción.

o 3 (cobre), considerado tenaz de las distintas probetas realizadas en ensayo de tracción.

o 1 (aluminio), considerado el más frágil de las distintas probetas realizadas en ensayo de tracción.

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TEST DE COMPROBACIÓN 1. ¿Cuándo se dice que un material está sometido a un esfuerzo de tracción? -

Decimos que un elemento está sometido a un esfuerzo de tracción cuando sobre el actúan fuerzas que tienden a estirarlo, estas fuerzas son llamadas fuerzas axiales

2. ¿Qué es la fluencia? -

La fluencia o también llamado cedencia es la deformación irrecuperable de una probeta sometida a un esfuerzo de tracción. a partir de la cual sólo se recuperará la parte de su deformación correspondiente a la deformación elástica, quedando una deformación irreversible.

3. ¿Cómo se determina la fluencia en un material dúctil? -

Puede determinarse durante el ensayo de tracción, observando el indicador de carga. Después de aumentar continuamente la carga, se observa que cae súbitamente a un valor ligeramente inferior que se mantiene por algún tiempo mientras la probeta sigue alargándose.

4.

¿Cómo se determina la fluencia en un material duro?

-

Para determinar la fluencia en materiales duros, se tiene que ubicar el 0.2% del alargamiento en el eje x y luego se traza una paralela a la recta, donde una a la curva es el punto de fluencia.

Mecánica de Materiales 5. ¿Qué aspecto presenta la fractura de un material dúctil? -

Presenta una apariencia fibrosa o rugosa, una propagación lenta antes de la rotura y una gran deformación antes de la rotura.

6. ¿Si un determinado valor de fuerza P se detiene el ensayo de tracción y se quita las fuerzas que la tensionan: ¿Cómo se determina la longitud final de la probeta? -

Cuando suspendemos por un momento el ensayo y luego continuamos ocurre que surgen tensiones residuales que provocan que la probeta se rompa antes de lo previsto

7. ¿Por qué en el ensayo de tracción se rompe una probeta con una carga inferior a la máxima soportada, según el diagrama de Esfuerzo – Deformación? -

Esto es debido a la disminución del área de la probeta al ser estirada, y no a una pérdida de la resistencia misma del material.

8. ¿Qué indica el hecho de que un material tenga un porcentaje de estricción alto? -

Esto indica que el material es dúctil. Cuanto más alto el porcentaje de estricción del material, el material será más dúctil.

9. CONCLUSIONES:  Se logró analizar los diferentes tipos de tracciones que poseen las probetas de distinto material  Se logró analizar los distintos comportamientos de las probetas en distinto material  Se comprobó que para cada probeta de material distinto existen diferentes roturas al aplicar el ensayo de tracción  Se logró diferenciar el concepto de un material dúctil y frágil.

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