Informe De Traccion En Acero 50%.docx

OBJETIVOS:  Aprender a efectuar y analizar la prueba de tensión o tracción del acero. Determinando aspectos importantes como la resistencia y el alargamiento de este.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Determinar en la gráfica obtenida los puntos más importantes que se relacionan con las propiedades mecánicas del material.

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Analizar la información suministrada del proceso de rotura de una probeta de una aleación por cargas axiales.

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Relacionar los diferentes puntos críticos del diagrama esfuerzo-deformación con los cambios estructurales de la materia.

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Conocer y manejar la maquina universal.

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Conocer la importancia de la maquina a tensión.

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Identificar los diferentes límites del diagrama generado en el ensayo.

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Familiarizarse con las diferentes zonas que se divide el diagrama obtenido.

Marco teórico

Ensayo a tracción: Este ensayo es uno de los más comunes en la actualidad cuando se desea saber algunas propiedades mecánicas del acero, Los ensayos de tracción son totalmente estandarizados (normalizados). Para este ensayo se utilizan fragmentos de material llamados "probetas o muestras". Una probeta es un trozo de material con dimensiones normalizadas para realizar ensayos, como el de tracción. Estas dimensiones normalizadas son la longitud de la probeta y el área de su sección transversal. Se coloca y agarra por sus extremos la probeta entre dos accesorios llamados "agarres o mordazas" que sujetan la probeta en la máquina del ensayo, Normalmente la probeta se coloca en vertical. Ahora comenzamos aplicar una fuerza exterior por uno de los extremos de la probeta a una velocidad lenta y constante. El otro extremo de la probeta permanecerá fijado al agarre. Cualquier elemento al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el sentido de aplicación de la fuerza. En el ensayo a tracción La fuerza se aplica en dirección del eje de ella y por eso se denomina axial. La probeta se alargara en dirección de su longitud y se encogerá en el sentido o plano perpendicular. A medida que la maquina va aplicando cada vez más fuerza sobre la probeta, esta llegará un punto que empezará a estirarse, disminuyendo su sección y aumentando su longitud. Se sigue aplicando cada vez más fuerza externa hasta que llegue un momento que la probeta rompe. Este momento se llama el momento de la rotura. Por este motivo se dice que el ensayo de tracción es un ensayo destructivo debido a que la pieza se rompe. Una vez finalizado el ensayo, la muestra de ensayo rota se recoge para medir la longitud final y se compara con la longitud original o inicial para obtener la elongación. Se calcula con la siguiente fórmula:

Porcentaje de elongación (estiramiento): La cantidad de elongación que presenta una muestra bajo tensión durante un ensayo proporciona un valor de la ductilidad de un material. La ductilidad de los materiales comúnmente se expresa como porcentaje de la elongación. Una vez finalizado el ensayo, la muestra de ensayo rota se recoge para medir la longitud final y se compara con la longitud original o inicial para obtener la elongación. Se calcula con la siguiente fórmula:

elongacion=

l f −l o ×100 lo

La medida de la sección transversal original también se compara con la sección transversal final para obtener la reducción del área.

Porcentaje de reducción de Área: Este parámetro también da una idea acerca de la ductilidad del material. Utilizando la medida de los diámetros inicial y final, puede determinarse el porcentaje de reducción en el área a partir de la ecuación:

%Reduccionde area=

A f − Ao ×100 Ao

Formulas y cálculos en el ensayo a tracción: La Tensión es la fuerza dividida entre el área o sección original como ya vimos: σe=

F , Donde : A0

σ e =¿ Tension F=¿ Fuerza Aplicada A 0=¿ Seccion transversal

Alargamiento o Deformación Unitaria: Es el tanto por uno en que se ha incrementado la longitud de la probeta, es decir, si la longitud inicial es Lo y en un determinado momento del ensayo es L, el alargamiento o deformación unitaria sería:

e=

L−L0 L0

Donde:

e=¿ Alargamiento o deformacion. L0=¿ Longitud inicial de la probeta L=¿ Longitud de la probeta en un determinado momento Deformaciones elásticas: en esta zona las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial.

El módulo de Young: o también llamado módulo de elasticidad longitudinal es un valor constante para cada material y se expresa en Newton/metro cuadrado. Este valor nos da la proporción entre la fuerza y la deformación del material. Sería el valor de la pendiente de la recta de la zona elástica. Es un dato que solemos saber del material que vamos a ensayar. De todas formas podríamos calcularlo con dos puntos de la recta por trigonometría de un triángulo. Fluencia o cadencia: Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Estricción: Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por esa zona.

Grafica esfuerzo deformación

Análisis de la curva:

 Región 1 Para esta región aplica la Ley de Hooke dice que el esfuerzo es proporcional a la deformación multiplicada por un módulo de elasticidad.

σ =E ×ε Dónde:

E=Modulo de elasticidad del acero o modulo de young

ε =deformacion o alargamiento unitaria del acero

El módulo de Young: o también llamado módulo de elasticidad longitudinal es un valor constante para cada material y se expresa en Newton/metro cuadrado. Este valor nos da la proporción entre la fuerza y la deformación del material. Sería el valor de la pendiente de la recta de la zona elástica. Es un dato que solemos saber del material que vamos a ensayar. De todas formas podríamos calcularlo con dos puntos de la recta por trigonometría de un triángulo. También se considera como un valor constante para la mayoría de aceros independientemente de la resistencia del acero con un valor de 200.000 Mpa.

Límite de proporcionalidad: Es la tensión más allá de la cual el material no recupera totalmente su forma original al ser descargado de la fuerza a la que se le somete, Es decir es un punto tal que los esfuerzos dejan de ser proporcionales a las deformaciones en este limite el acero queda con una deformación residual llamada deformacion permanente Podemos decir que es la tensión máxima que un material elástico puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes.

 Región 2- rango plástico: Es el punto donde el acero alcanza el esfuerzo por fluencia. Aquí aparece un considerable alargamiento del material sin que se presente un aumento del esfuerzo esta es una característica muy importante de los aceros dúctiles , incluso puede disminuir el esfuerzo mientras dura la fluencia y aumentar de deformación como se ve en la gráfica. Esto ocurre en la llamada región de fluencia. La fluencia tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada

La deformación unitaria correspondiente al punto de fluencia para un acero es:

σ 420 Mpa ε= = =0.0021 E 200000 Mpa ε =0.0021

 Región 3- región de endurecimiento: El acero experimenta un incremento en su resistencia y finalmente llega a su esfuerzo último. En este punto se aprecia notablemente las deformacion que lleva el acero justo antes de fallar. La curva en este punto tiene menos pendiente que en la región lineal, ya que para que el acero adquiera grandes alargamientos no es necesario un incremento muy grande de la carga.  Región 4- región de estricción: A partir del punto denominado "esfuerzo último", la deformación se aprecia en una zona determinada de la probeta en lugar de hacerlo en

toda su longitud. Por lo tanto tiende a desarrollarse una estricción o cuello en este punto a medida que la probeta se alarga cada vez más. Esta disminución en el área transversal ocurre por deslizamiento debido a tensión cortante en superficies que forman 45° con el eje de la barra. La tensión disminuye por tanto la curva tiende hacia abajo y la probeta termina por romperse en esta región en el punto de fractura ubicado al final de la gráfica. Esta disminución en el área transversal ocurre por deslizamiento debido a tensión cortante en superficies que forman 45° con el eje de la barra. Estricción: Se conoce como período de estricción al que se inicia cuando se supera el límite de fluencia esto produce una reducción constante de la sección en la zona donde ocurrirá la rotura, una deformación permanente, hasta que se produce definitivamente el fallo. Es por tanto, un fenómeno que ocurre durante la plasticidad del acero, y sobretodo típico de los aceros suaves o dúctiles. La estricción es la responsable del tramo de bajada en la curva tensión-deformación, y hace que se llegue a la rotura cuando la carga es inferior a la carga máxima aplicada, diferencia que se acrecienta con la tenacidad del material.

Probetas maquinadas: Las probetas de ensayo maquinadas deben tener una curva de transición entre los agarres de las mordazas y la longitud párela si estas son de diferentes dimensiones. Las dimensiones de este radio de transición pueden ser importantes y se recomienda que se definan en la especificación del material Los extremos de agarre pueden ser de cualquier forma y siempre y cuando se adapten a las mordazas de la máquina de tensión. La longitud paralela ( Lc ¿ en el caso en donde la probeta de ensayo no tiene curva de transición, la longitud libre entre las mordaza siempre debe ser mayor que la longitud calibrada ( Lo ).

Probetas no maquinadas: si la probeta es de una longitud no maquinada del producto una barra de ensayo, la longitud libre entre las mordazas debe ser suficiente para que las marcas calibradas queden a una distancia razonable de las mordazas. Las probetas de ensayos fundidas incorporaran un radio de transición entre los extremos de agarre y la longitud paralela. Las dimensiones de este radio de transición son importantes y se recomienda que se definan en la norma del producto. Los extremos de agarre pueden tener cualquier forma siempre y cuando se definan en la norma del producto. Los extremos de agarre pueden tener cualquier forma siempre y cuando se

adapten a las mordazas de la máquina de tensión. La longitud paralela ( Lc ¿ debe ser mayor que la longitud calibrada inicial ( Lo ).

siempre

Introducción Los materiales que usamos comúnmente para la construcción de obras civiles generalmente soportan o están sometidas a distintas cargar y esfuerzos lo cual genera deformaciones en estos materiales. En el ámbito de la ingeniería civil los materiales más usados para la construcción son el concreto (combinación de arena, grava agua y cemento) y el acero.

El estudio de las deformaciones del concreto y el acero nos permiten conocer las fortalezas y debilidades de dichos materiales, debido a esto se puede plantear el concepto de concreto reforzado que consiste en aprovechar las ventajas de cada material mezclándolos y creando un material nuevo en el cual el acero se encargara de solventar las desventajas del concreto simple. El acero como refuerzo adicional en el concreto se ha vuelto demasiado indispensable para la elaboración de estructuras, por tanto es indispensable su estudio detallado, el conocer sus propiedades mecánicas y físicas nos permite un mejor aprovechamiento de este. En el presente informe se hará un énfasis en el estudio del acero a tracción en el cual se observara el comportamiento del acero cuando se somete a tracción axial y como este atraviesa los diferentes estados de esfuerzos hasta llegar a la rotura.

Procedimiento

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Paso 1 Toma de datos de la muestra: Antes de iniciar los ensayos de tensión se deben tomar las respectivas medidas de las probetas. Este procedimiento de medición es efectuado

con un gran cuidado y debe implementarse la correcta utilización del Calibrador "pie de rey", y la regla un instrumento de medición de vital importancia para tomar el valor de nuestros datos. Para tomar las medidas de nuestras probetas utilizaremos las unidades del sistema métrico internacional (SI) expresando dichas medidas en milímetros (mm). Es muy importante ser bastante cuidadosos en la toma de estas medidas ya que después de someter las probetas a los ensayos de tensión se van a ser unas comparaciones finales, tanto en la longitud de la probeta como el diámetro de la misma. Alguno de los datos de la muestra son:

   

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Área inicial de la probeta Longitud inicial de la probeta Peso de la muestra Calculo del área de la barra

Paso 2 Programación y puesta a punto de la maquina universal de ensayos: Paso siguiente con la ayuda del encargado del laboratorio o el docente procedemos a calibrar y programar el software de la maquina universal para poder realizar el ensayo de tensión según los parámetros establecidos; se llevan a cabo los siguientes pasos para configurar el software:

a. Se inicia el programa SATURNPLUS situado en el escritorio:

b. Se selecciona crear: para iniciar un nuevo ensayo

c. Se selecciona el Tipo de ensayo: Existen muchos tipos de ensayos en nuestro caso para el ensayo de acero a tracción se escoge el siguiente:

Posteriormente se le acepta el ensayo escogido y luego se le pone un nombre con el cual se va a guardar el archivo.

d. Se configura los puestos de entrada: para que la maquina funcione se digita el comando (control+shift+f6) lo que nos permitirá acceder a las opciones de administrador y se selecciona configuración.

e. puntos a configurar:  Puerto debe estar en COM3  Control de la maquina debe estar marcada la casilla

Control total debe estar marcada la casilla Ver pendiente debe estar marcada la casilla La carga de inicio de control debe estar en 0 Kn Se selecciona el canal 1 para la carga No.1 Se selecciona el canal 3 para la deformacion No.1 con la casilla Vel x Tiempo  Se selecciona el tipo de modulo “ELECAV”     

f. Se selecciona nuevo ensayo

g. Se escoge el tipo de gráfica: que queremos utilizar ya sea carga, esfuerzo, deformación y en la parte de al lado se mide la deformación.

h. Ingreso de datos de prueba, en la pestaña columnas de variable.

i. Datos necesarios: Precarga 7 Kn, porcentaje de ruptura 10, temperatura, longitud de la varilla su peso y la densidad. teniendo en cuanto que la variable puntos este en la opción de deformacion

j. inicio del proceso de ensayar la varilla.

k. Luego de terminado el ensayo se da nuevo ensayo y listo se realiza las mismas operaciones.

l. obtención de datos

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Paso 3 Realización de la prueba: La máquina universal impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada en (Kn). La máquina también posee un sensor el cual toma los datos de posición los cuales se denomina en milímetros (mm).

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Paso 4 Medición final de la probeta: una vez finalizado el ensayo se procede a retirar cuidadosamente la probeta de la máquina, luego se reacomodan las partes de la probeta y por último se procede a la toma de las dimensiones finales de la probeta para la determinación de ciertos parámetros necesarios para el estudio de su comportamiento y propiedades.

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Paso 5

Cálculos y análisis: En este paso ya terminado el ensayo se procede a calcular parámetros con los datos obtenidos y su posterior análisis. Los parámetros a calcular son los siguientes:  Porcentaje de elongación (estiramiento):

elongacion=

l f −l o ×100 lo

 Porcentaje de reducción de Área: %Reduccionde area=

A f − Ao ×100 Ao

 Módulo de elasticidad:

Es =tan α =

∆σ ∆ε ∆ σ =d iferencia de esfuerzo s ∆ ε=diferencia de deformacione s

Descripción de la maquina universal

Cabeza fija

Eje de desplazamiento

Cabeza móvil

Como se puede apreciar en la imagen la maquina está constituida por una cabeza fija y una móvil, la cabeza fija es la superior y la móvil es la inferior, la cabeza inferior es la encargada de aplicar la fuerza axial para el ensayo, cada cabeza consta de unas mordazas que se encargan de sostener seguramente las probetas.

Mordazas

Mordaza de agarre superior

Mordaza de agarre inferior

Control de la maquina universal

Botones de encendido, apagado e interrupción

Pera para incrementar la velocidad del ensayo

Control principal de la máquina, permite mover la cabeza móvil arriba y abajo , y apretar las mordazas

Detalles de la maquina

Fecha de calibración de la maquina

Referencia de la maquina