Informe 2 (1).docx

RESISTENCIA DE MATERIALES

ENSAYO DE TRACCION DE METALES ANA MARCELA CELIS ID:000336531 MARIA DANIELA DIAZ ID:000333874 SEBASTIAN GAMBOA ID:000335782 FELIPE NUÑEZ ID: 000294042 SANTAGO PLATA ID: 000318899

RESUMEN En el ensayo de tracción de metales, se estudió la capacidad que presentan los materiales metálicos a ser tensionados, para ello se realizaron pruebas con diferentes materiales entre ellos: bronce, cobre y aluminio. Para determinar la resistencia a tensión de los metales se le aplicó una carga axial al eje, la carga se aplica en tensión es decir la fuerza o el par de fuerza aplicadas son iguales en magnitud y diferentes en dirección. Luego de obtener el resultado de la fuerza ultima de tensión, por medio de la relación 𝜕=T/A donde, T equivale a la tensión ultima y A el área donde se aplicó la carga de tensión, se calcula el esfuerzo del material producto de la carga de tensión que le fue aplicada. PALABRAS CLAVES: tensión, metales, esfuerzo, resistencia ABSTRACT In the metal tensile test, the capacity of metallic materials to be tensioned was studied, for which tests were carried out with different materials including bronze, copper and aluminum. To determine the tensile strength of metals is applied to the axial load to the shaft, the load is applied in tension ie the force or force torque is applied to people in the same magnitude and different direction. After obtaining the result of the ultimate tensile force, by means of the relation ∂ = T / A where, T equals the ultimate tension and A the area where the stress load is applied, the effort of the material product of the tension load that was applied to it. KEY WORDS: tension, metals, effort, resistance INTRODUCCIÓN

MARCO TEÓRICO

La finalidad del ensayo de tracción en metales, es dar a conocer la capacidad que tienen los materiales al aplicársele fuerzas de tensión , observando y determinando los esfuerzos producidos antes de que los materiales fallaran se obtiene información que permite conocer la naturaleza del material permitiendo establecer la condición de elasticidad y el limite a la fluencia del mismo justo antes del momento de la falla, al igual se analizan los resultados e identifican los cambios que presentan de acuerdo al tipo de falla producido por el esfuerzo aplicado en la muestra.

Las propiedades mecánicas de los materiales indican el comportamiento de un material cuando se encuentra sometido a fuerzas exteriores, como por ejemplo un estiramiento del material por una fuerza externa a él. Este ensayo es utilizado para medir la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Esta prueba consiste en alargar una probeta de ensayo por fuerza de tensión, ejercida gradualmente, con el fin de conocer ciertas propiedades mecánicas de

RESISTENCIA DE MATERIALES materiales en general: su resistencia, rigidez y ductilidad. Sabiendo que los resultados del ensayo para un material dado son aplicables a todo tamaño y formas de muestra, se ha establecido una prueba en la cual se aplica una fuerza de tensión sobre una probeta de forma cilíndrica y tamaño normalizado, que se maneja universalmente entre los ingenieros. Este ensayo se lleva a cabo a temperatura ambiente entre 10ºC y 35ºC. A continuación se presenta un dispositivo utilizado para realizar este tipo de ensayos.

𝐹

Esfuerzo ingenieril:

𝑠 = 𝐴𝑜

Deformación ingenieril:

𝑒=

𝐿−𝐿𝑜 𝐿𝑜

Dónde: F: Fuerza aplicada en la probeta (lb) Ao: Área de la sección transversal original de la probeta. (pul^2) Lo: Longitud calibrada antes de la aplicación de la carga. L: Longitud adquirida por la sección calibrada, al iniciar la aplicación de la carga.

El esfuerzo real a diferencia del esfuerzo ingenieril, tiene en cuenta el área instantánea que se reduce a medida que avanza el ensayo. El esfuerzo real (lb/ pul^2) se puede definir con la siguiente ecuación:

𝐹

Esfuerzo real:

𝜎 = 𝐴𝑖

Figura1: Maquina universal de ensayos de tensión

Dónde: F: Fuerza aplicada en la probeta (lb) La ductilidad La ductilidad es el grado de deformación que puede soportar un material sin romperse. Se mide por la relación de la longitud original de la probeta entre marcas calibradas antes (lo) y después del ensayo. Los resultados de un solo ensayo se aplican a todos los tamaños y secciones transversales de especímenes de determinado material, siempre que se convierta la fuerza en esfuerzo, y la distancia entre marcas de calibración se convierta a deformación. El esfuerzo ingenieril (lb/pul^2) y la deformación ingenieril (pul/pul) se definen con las siguientes ecuaciones:

Ainst: Área real (instantánea) que resiste la carga (pul^2). La deformación real se determina con la elongación “instantánea” por unidad de longitud del material. Esta se determina con la siguiente ecuación:

𝑙 𝑑𝐿

Deformación

real:

𝜀 = ∫𝑙𝑜

𝐿

=

𝐿

𝑙𝑛 (𝐿𝑜) En donde L y Lo ya están definidos en el punto anterior.

RESISTENCIA DE MATERIALES Fluencia: Al aplicar esfuerzo en un material, éste muestra primero una deformación elástica, al continuar aplicando el esfuerzo aplicado, el material comienza a mostrar deformación tanto elástica como plástica. El valor crítico del esfuerzo necesario para iniciar la deformación plástica se llama límite elástico. El límite de proporcionalidad se define como el valor del esfuerzo arriba del cual la relación entre esfuerzo y deformación ingenieriles no es lineal. En la mayoría de los materiales, el límite elástico y el límite de proporcionalidad están bastante cercanos, sin embargo ambos no pueden ser determinados con precisión ya que los valores medidos dependen de la calidad del equipo usado. Es por eso que se define un valor estándar normalmente al 0.2 por ciento. A continuación de traza una línea, comenzando en este valor desplazado, paralela a la parte lineal de la curva esfuerzodeformación ingenieril. El valor de esfuerzo que corresponde al cruce de esa recta y la curva de esfuerzo-deformación se le define como resistencia a la cadencia. En algunos materiales, la transición de deformación elástica a la plástica es abrupta, es decir, los materiales alcanzan un estado en el cual la deformación comienza a crecer rápidamente sin que haya un incremento correspondiente en el esfuerzo, tal punto recibe el nombre de punto de cadencia o de fluencia.

T[N] DO[mm] AO[mm^2] ∂ [Mpa] cobre 8500 5,34 22,39 379,633765 bronce 7200 5,52 23,93 300,87756 aluminio 11200 5,6 24,63 454,730004 MATERIALES Y EQUIPOS 1.

2.

MATERIALES 1.1 probeta de cobre 1.2 probeta de aluminio 1.3 probeta de bronce 1.4 pie de rey digital EQUIPOS 2.1 maquina universal para ensayos de tension .

PROCESOS En el ensayo de tracción de metales se realizaron procesos, antes, durante y después de la prueba de compresión. Antes de iniciar la prueba de tensión, se tomaron los datos de diámetro y longitud inicial de cada probeta para después relacionarlos con las condiciones finales Durante el proceso de tensión, se aplicó la tensión a cada probeta metálica, donde se observa la posición de falla, la fuerza se aplica hasta el momento que se separa la probeta. Luego del ensayo de tensión se tomaron datos del diámetro y longitud final para establecer las condiciones de deformación del material, a su vez se determina el % de alargamiento y el % de reducción de área, para luego relacionarlos con las condiciones de cada material. DATOS Y ANALISIS

Figura 2. Probetas de aluminio, bronce y cobre En la figura dos se pueden ver las forma que presentan las probetas de aluminio, bronce y cobre

RESISTENCIA DE MATERIALES así como su respectivas dimensiones tenidas en cuenta para el estudio y la tabulación de datos presentados en la tablas 1 y 2.

Esfuerzo vs Deformacion Aluminio 500 0

Tabla 1. Datos de esfuerzo bajo tensión

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

En la tabla 1 tenemos los tres materiales utilizados en las pruebas de laboratorio, con sus respectivos datos de tensión ultima soportada [T] , diámetro inicial [D0], área inicial [A0] y el esfuerzo producido por el material al ser sometido a tensión [𝜕] obtenido de la relación 𝜕 =T/A0.

Series1

Series2

Calculos

10

Carga Máxima (KN) 3,5

20

6,5

263,9

0,011

30

6,8

276,08

0,017

40

7

284,2

0,023

50

7

284,2

0,029

60

7

284,2

0,035

70

7

284,2

0,041

80

7

284,2

0,047

90

7

284,2

0,053

100

7

284,2

0,058

110

7

284,2

0,064

120

7

284,2

0,07

130

7,1

288,26

0,076

140

7,2

292,32

0,082

Deformación

area

Esfuerzo

Deformación

142,1

0,58

24,63 deformación carga 10

4,5

20

8

área 22,39

Esfuerzo deformación 200,98

0,00621

357,3

0,012

RESISTENCIA DE MATERIALES 30

8,5

379,63

0,018

Bronce Cobre

500

400

300

0 1

200

2

3

4

5

Series1

100

6

7

8

9 10 11

Series2

0 1

2

Series1

Series2

Deformación Carga

Área

Elongacion

3

% de % RA elongación del cobre %=(54.9 Aluminio %= 40,9)/ (54,9) * 25,50 100 RAA= % de Cobre elongación del aluminio %= (47,59%=10,46 43,08)/ (43,08)*100 % de RACO elongación del bronce % = (44,62 Bronce 43,63)/ 2.26% (43,63)*100

Deformación Esfuerzo

A1

AF

24,63 15,9 35,44% AI

AF

22,39 18,61

16,88%

AI

AF

23,93 18,47

10

4,5

0,00582

188,04

20

8,5

0,011

355,2

30

9

0,016

376,09

40

9,5

0,023

396,99

50

10

0,027

417,88

60

10,2

0,034

426,24

Aluminio: plastico

70

10,5

0,04

438,77

Bronce: plastico

80

10,5

0,046

438,77

Cobre: plastico

90 100 110

10,8 11 11,2 23,93

0,052 0,058 0,064

458,31 459,67 468,03

Tipo de fallas

ESFUERZO ULTIMO

Cobre

RESISTENCIA DE MATERIALES

σ= (8.5KN/ 22.39mm2) *1000= 379.63mPa

Bronce 12 10 8 6 4 2 0

Bronce σ= (11.22KN/ 23.93mm2)*1000 = 468.03mPa Aluminio σ= (7.2KN / 24.63mm2 )*1000 = 292.32mPa

ESFUERZO A ROPTURA

bronce

CONCLUSIONES 

Cobre 10



8 6

En la practica se observo lo importante de la resistencia y alargamiento de materiales, que pueden servir para el control de calidad. Cuano la probeta no se rompe en la dentadura que trae, es una probeta ,al diseñada.

cobre

4 2

BIBLIOGRAFIAS

0 0.00621

0.012

0.018

Arancibia Carvallo F.(2009).Ingeniería y Construcción. Recuperado de : http://facingyconst.blogspot.com.co/2009/03/t raccion-en-metales.html

Aluminio 8 6 4 aluminio

2

0.58 0.017 0.029 0.041 0.053 0.064 0.076

0

Figura 1.Maquina donde se lleva a cabo la prueba de tensión recuperado de: http://testersupply.es/2-4-electronicuniversal-tester.html Varela F. Scribd. Tracción en metales recuperado de: https://es.pdfcoke.com/document/327087644/T raccion-en-Metales