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ENSAYO DE TRACCIÓN MATERIAL METÁLICO Daniela Sanchez Velasco (184285-3741) Cesar David Plazas Cumbal (1842242-3741) Universidad del Valle Facultad de ingeniería Escuela de ingeniería de materiales Resumen Experimentalmente se realizaron dos ensayos de tracción con dos barras de aceros, una estructural con una reducción bajo la norma ASTM 8 y otra a una varilla de acero corrugada. Estos ensayos se realizaron para medir resistencia y algunas propiedades mecánicas de los aceros estructurales en condición estática, estos son de vital importancia para el desarrollo de la ingeniería. El análisis que corresponde a los resultados se realizó con ayuda de la gráfica esfuerzo-deformación en el que se obtuvo que el acero corrugado estructural con reducción tiene una resistencia a la tensión de 680.154 Mpa y el acero mecanizado tiene una resistencia a la tensión de 702.776 Mpa. También, se obtuvo que el módulo de young es 8.48910^3 Mpa y 5.19510^3 Mpa respectivamente. Además el porcentaje de elongación para el acero corrugado estructural es 16.21% y la mecanizada 14.21%. Entre otras características de los materiales que obtuvimos en base a los ensayos de tracción realizados. Introducción. Las propiedades mecánicas de los materiales son de vital importancia, ya que nos permiten describir el comportamiento ante una fuerza aplicada sobre él, permitiéndonos identificar con mayor exactitud el material que se requiera para la utilidad que se necesite. Los ensayos de tracción nos proporcionan detalles de las propiedades mecánicas de un material, además verifican el comportamiento de los metales. Todo este proceso se hace a través de la elaboración de gráficos y curvas de tensión, que me sirven para determinar el punto de fallo del material. En la práctica del ensayo de tracción podemos obtener un diagrama esfuerzo-deformación que nos permite medir las capacidades de los materiales para soportar esfuerzos que son derivados de las cargas que se aplican (tensión, compresión y torsión) y se observa su comportamiento. La utilidad que va a tener el ensayo de tracción en una máquina universal cíclica es para medir las propiedades de una barra de acero mecanizada y una barra de acero corrugada con reducción. Luego, obtener los valores de esfuerzo ( ),σ deformación ( )ε experimentalmente y compararlos con valores reales. Finalmente obtener la resistencia a la tensión. Metodología Experimental. Se utilizó para este ensayo de tracción una máquina universal cíclica (Figura 1.) utilizada para evaluar elasticidad, esfuerzo, alargamiento, dureza, etc. Figura 1. Máquina universal cíclica Luego se preparó la barra corrugada con sección reducida (Figura 2.) en las mordazas de la máquina y se aplicó una carga inicial bajo la representación de la Figura 3. Después se ubicó el deformímetro que marcaría la
deformación mientras se colocaba la carga Figura 2. Barra de acero con sección reducida Figura 3. Montaje experimental del ensayo de tracción Ya cuando la barra de acero estuviera bien sujeta a la máquina, se inicia la prueba de tracción, se aplica la carga inicial mientras los datos de deformación los va tomando el deformímetro (Figura 4.) cuando se presenta el punto de fluencia de la barra; se puede determinar la detención del indicador de la máquina y entra en un estado de deformación plástica hasta la carga final donde se presenta ruptura visible en la figura 5. Figura 4. Deformimetro. Figura 5. Barra de acero mecanizada sometida a tensión En la medición de estos datos se pueden presentar errores debido a que el cálculo de la deformación en el deformímetro dependiendo de la reacción y de la apreciación de la persona encargada en tomar las mediciones. Este mismo procedimiento se repite para la barra de acero corrugada Figura 6. Figura 5. Barra de acero corrugada sometida a tensión Finalmente después de obtener los datos de punto de fluencia y ruptura, se sueltan las barras de acero y se procede a medir su longitud final y su diámetro final para determinar su porcentaje de ductilidad.
Tabla 3. Cálculos Esfuerzo Deformación Barra corrugada Tabla 4. Cálculos Esfuerzo Deformación Barra Mecanizada El módulo de elasticidad es la pendiente de la proporción inicial de la curva tensión deformación se calcula con la Ecuación 7, teniendo en cuenta el cambio distributivo tanto en el esfuerzo como en la deformación
𝐸: 𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒: Ec.
Δσ Δε
σ2−σ ε2−ε en esta ecuación σ2; σ1corresponde a cualquier punto del esfuerzo y ε2, ε corresponde a cualquier punto de la deformación tomada de la recta. Módulo de Elasticidad Barra corrugada
Δσ Δε
177.43− 0.0209−
3
Módulo de Elasticidad Barra Mecanizada
Δσ
Δε : (^
322.106−
3
el área sección transversal en el instante está dado por la ecuación 8.
𝐴𝑖: Ec.
(𝐿𝑜+𝐿𝑖)*𝐷𝑖 1000 En esta ecuación Lo es longitud inicial antes de la prueba, Li longitud en el instante del alargamiento, Di diámetro inicial de las muestras. Área en el instante Barra corrugada.
(200𝑚𝑚+0,229𝑚𝑚)*14.53𝑚𝑚 1000
2 Área en el instante Barra Mecanizada..
(60𝑚𝑚+0,127𝑚𝑚)*6.5 𝑚𝑚 1000
2 El esfuerzo en función al módulo de elasticidad se calculó con la ecuación 9.donde E es el módulo de Young y ε la deformación axiales.
σ : 𝐸 * ε Ec:
Resultados y Discusión. Gráfica 01. Gráfica esfuerzo deformación ingenieril vs gráfica esfuerzo deformación real material barra corrugada. Gráfica 02. Gráfica esfuerzo deformación ingenieril vs gráfica esfuerzo deformación real material Barra Mecanizada
Tabla 5. clasificación de aceros según el contenido de carbono, resistencia a la tensión. % de carbono Denomina ción Resistencia 0.5-06 Acero duro 689.46-735. Mpa con los datos de la tabla 5. Se puede comparar el material con un acero duro, el cual tiene valores dentro del límite de resistencia a la tensión para ambos materiales. La diferencia entre los esfuerzos de ruptura real vs el ingenieril se presentan debido a que para el esfuerzo de ruptura ingenieril la reducción de área en la fractura no se tiene en cuenta, por lo tanto, la carga comienza a reducir una vez ocurrido el esfuerzo máximo en consecuencia el esfuerzo de fractura también se reduce o es igual al esfuerzo máximo,mientras que para el esfuerzo de fractura real se tiene en cuenta la deformación transversal de la muestra a lo largo del ensayo , por lo tanto al estar reduciendo el área continuamente el esfuerzo de será mayor al ingenieril. Comprobando las propiedades de las dos muestras se observa que el material barra mecanizada presenta mayor esfuerzo, pero la barra corrugada presenta mayor zona elástica. Esto nos indica que los dos materiales soportan grandes esfuerzos, pero tiende a fallar de maneras repentinas sin presentar una fluencia considerable después del punto máximo de esfuerzo. Conclusiones. Los diagramas esfuerzo-deformación nos ayudan a caracterizar el material en particular que se ensaya, donde las dimensiones de la muestra no alteran las características particulares,pero el tipo de material que se evalúa pueden presentar características dúctiles o frágiles acorde a su composición estructural. En el estudio de las gráficas esfuerzo deformación para cada material, se observó que a pesar que el ensayo se realizó con probetas de acero los resultados no son los mismo en ambos casos, esto debido a que el material pudo haber pasado por diferentes procesos de fabricación. los valores de esfuerzo ( ),σ deformación ( ),ε experimental comparados con los valores reales obtenidos muestran una variación en los datos obtenidos debido a que para el esfuerzo real se tiene presente la disminución de área ejercida por el esfuerzo en el ensayo. Para la resistencia a la tensión se observó que las propiedades internas y externas como longitud, diámetro y área influyen en los cálculos debido a que si la longitud o diámetro medido fuera más grande mayor deberá ser el esfuerzo para proporcionar un esfuerzo máximo a la tensión y posteriormente la ruptura del material.
Referencias. [1] Smith, W.,Hashemi, J. (2006). fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. McGRAW-HILL INTERAMERICANA EDITORES, S. A. DE C.V. https://sistemamid.com/panel/uploads/ biblioteca/2014-08-14_07-37- 7.pdf [2] Askeland, D., Wright, W. (2017). Ciencia e ingeniería de materiales. Cengage Learning Editores, S.A. 7ma Edición. https://www.academia.edu/34951096/ Ciencia_e_ingenier%C3%ADa_de_ma teriales_7a_edici%C3%B3n [3] Mecánica de materiales, Deformación normal bajo carga axial, disponible vía web https://mecanicadmateriales.weebly.co m/uploads/4/0/6/0/40607247/cap%C %ADtulo_2.pdf [4] Avner, S. (1988). Introducción a la metalurgia física. McGRAW-HILL INTERAMERICANA DE MEXICO, S. A. DE C.V. 2da edición. https://cupdf.com/document/introducci on-a-la-metalurgia-fisica-avner.html [5] Clasificación De aceros materiales uso tecnicos, disponible vía web https://www.edu.xunta.gal/espazoAbal ar/sites/espazoAbalar/files/datos/ 947174/contido/428_clasificacin_de_lo s_aceros.html [6] standars test methods Tensión tesing of metallic Materials,ASTM E-08, disponible via web en http://p.calameoassets.com/ 4219-8e1277369e5b8f36a66ef97ea 71a5d/p1.jpg [7] Barras corrugadas y lisas de aceros de baja aleación para refuerzo de concreto,norma técnica colombiana NTC 2289, disponible vía web en. https://members.wto.org/crnattachmen ts/2017/TBT/COL/17_0121_01_s.pdf
