Informe Traccion 2.docx

Laboratorio De Metalurgia Mecánica Ensayo de tracción

Katherin S. Herrera Cote Johan David Villamizar Angie Fernanda Alfonso Méndez

Códigos: 2120591 2130711 2132369

Grupo K4

Universidad Industrial De Santander Facultad Fisicoquímicas Escuela De Ingeniería Metalúrgica Y Ciencia De Materiales Bucaramanga 2018

INTRODUCCIÓN

La mayoría de los materiales deben trabajar bajo una cantidad de cargas que lo afectan, por ello se requiere conocer las características y propiedades que posee el material para poder crear un diseño que impida daños graves o accidentes del que pueda provocar el mismo, los esfuerzos que se generan por las cargas a las que está sometido el material pueden provocar daños irreversibles para una pieza y es nuestro deber como ingenieros metalúrgicos diseñarlas de tal forma que no se genere deformación del mismo o peor aún fractura. Las propiedades mecánicas del material están relacionadas con la deformación que alcance ante una fuerza o carga aplicada en el mismo. Este laboratorio se busca obtener las propiedades mecánicas del acero AISI 1045 usando los datos obtenidos por el ensayo de tracción, entre ellas se busca, el máximo esfuerzo, deformación máxima, esfuerzo de fluencia entre otras, para ellos se usara el grafico de esfuerzo vs deformación que será generado a partir de los datos de la práctica y luego compararlos con datos conocidos de antiguos ensayos de tracción con el acero AISI 1020. El principal objetivo de este ensayo es conocer la longitud inicial que debe ser tomada para obtener los datos de elongación y la relación que se obtiene al medir desde diferentes longitudes iniciales con la deformación total del material.

OBJETIVOS

1. GENERAL Determinar la longitud correcta para ser tomada en cuenta en el porcentaje de elongación en la prueba de tracción. 2. ESPECÍFICOS - Obtener las propiedades mecánicas de un acero AISI 1045mediante el uso de una prueba de tracción - Determinar el efecto que tiene la longitud inicial o de calibración con el porcentaje de elongación si este es cambiado por una longitud interna - Comparar las propiedades del acero AISI 1045 con el acero AISI 1020

Marco teórico

El ensayo de tracción de un material trata en ejercerle a un probeta normalizada (o en nuestro caso una varilla) un esfuerzo axial creciente para producir en la misma una ruptura o fractura, este ensayo mide la resistencia que un material tiene ante tales fuerzas y como se deforma. Un ensayo de tracción determina diversas propiedades de los materiales como lo son: modulo elástico, limite elástico, resistencia a la tracción, deformación máxima, entre otros y dependen de en qué área de la curva esfuerzo deformación se encuentren.

Zona elástica: Hay una zona de la gráfica del ensayo de tracción en la que la relación entre la tensión y la deformación es lineal, es decir hay una proporción entre la tensión aplicada y la deformación producida en el material. Más allá de esta zona, la deformación deja de ser proporcional a la tensión. En esta zona del ensayo se cumple la Ley de Hooke. Solo se cumple hasta el límite elástico que puedes ver en el diagrama. Módulo de elasticidad: Se trata de la pendiente de la región lineal del diagrama esfuerzo-deformación y define el esfuerzo necesario para alargar cierta cantidad de material en la zona elástica. Límite de fluencia: Valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la cadencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar el límite entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada, para encontrarlo se traza una recta con la misma pendiente del módulo de elasticidad y la intersección con el eje x será el 0,2% de la deformación total de la pieza. Zona plástica: En esta zona los alargamientos son permanentes. Si el ensayo se detiene, por ejemplo en el punto A de la gráfica, se recupera el alargamiento elástico sufrido, quedando un alargamiento remanente o plástico. La curva en la zona plástica tiene menos pendiente que en la elástica, ya que para conseguir grandes alargamientos no es necesario un incremento de la carga elevado. Resistencia a la tracción: Es la máxima carga que resiste la probeta antes de dividirse

Elongación total: Es el porcentaje de longitud incrementada total después de que la parte elástica retomara su forma y se expresa en porcentaje. A continuación se clasifica el ensayo a realizar según algunos criterios:



Según la rigurosidad del ensayo este se clasifica como ensayo científico; ya que el objetivo principal que persigue es el de conocer y estudiar las propiedades del material.



Según la naturaleza del ensayo este se clasifica como ensayo mecánico; ya que determina la resistencia y elasticidad de un material cuando se somete a diferentes esfuerzos; pero el ensayo realizado se puede especificar aún más dentro de este grupo y clasificarlo como ensayo estático.



Según el nivel de destrucción de la pieza el ensayo se clasifica como destructivo; ya que el material sometido al ensayo sufre rotura o daño en su estructura Figura 1. Esquema de una máquina para ensayos de Tracción.

A continuación se menciona la composición química y las propiedades mecánicas de los materiales empleados en el ensayo de tracción. Acero 1020 Tabla 1, Muestra el porcentaje de los elementos presentes en el acero 1020. Composición química Análisis típico en %

C%

Mn%

P máx. %

S máx. %

Si máx. %

0,18 0,23

0,3 0,6

0,04

0,05

0,15 0,3

Tabla 2, Se presentan las propiedades mecánicas del acero 1020 según su estado de suministro. Propiedades mecánicas Estado

de

suministro

Resistencia a la

Limite elástico

Alargamiento

Reducción de

Dureza Brinell

tracción (Mpa)

(Mpa)

(%)

área

aprox.

(%) Laminado

en

441

196

25

45

140/180

Normalizado

490-588

343

30

55

150

Recocido

441-539

294

35

60

130/150

Calibrado

539-686

441

10

35

180/220

Cementado.

686-833

441

15

45

--------

caliente

Templado.

Acero 1045 Tabla 3, Muestra el porcentaje de los elementos presentes en el acero 1045. Composición C% Mn% P máx. % química Análisis típico 0,45 0,6 0,04 en % 0,50 0,9 Tabla 4, Se observan las propiedades mecánicas del acero 1045.

S máx. %

Si máx. %

0,05

0,2 0,4

Propiedades mecánicas Dureza

163 HB (84 HRb)

Esfuerzo de fluencia

310 MPa (45000 PSI)

Esfuerzo máximo

565 MPa (81900 PSI)

Elongación

16% (en 50 mm)

Reducción de área

(40%)

Módulo de elasticidad

200 GPa (29000 KSI)

Maquinabilidad

57% (AISI 1212 = 100%)

Metodología

Los ensayos de tracción serán llevados cabo en la maquina universal de ensayos SHIMDZU AG-X Plus de 250kN. Además de usarse el calibrador o pie de rey para medir las longitudes de la pieza antes y después de los ensayos. Se usara un corrector para marcar las longitudes iniciales o de calibración de las probetas, estas serán 50, 70, 100 y 150 mm y una probeta será tomada como buena para el ensayo si esta rompe entre las marcas de 50 mm o máximo entre las de 70 mm.

Inicio

Tomar y registrar las medidas de diámetro y longitud inicial de la probeta.

Marcar las respectivas longitudes de calibración en las probetas usando un corrector o marcador.

Ubicar la probeta en las mordazas del dispositivo SHIMADZU AG-X Plus de 250Kn.

Realizar la prueba de tracción.

Identificar la zona en que se efectúa la rotura. El caso ideal es que sea dentro de las marcaciones iniciales.

No

Medir las longitudes y diámetros finales después del ensayo, usando un calibrador.

Calcular los porcentajes de elongación, reducción de área, y sus respectivos cálculos estadísticos junto con las propiedades mecánicas principales.

Analizar los resultados en comparación con los valores permitidos por la norma ASTM8.

Fin

Análisis de datos Acero AISI 1045 Tiempo seg 0 1 2 3 5 10 20 30 40 50

Fuerza Desplazamiento Esfuerzo ing deformación ing kN Mm mpa 0,00150998 0 0,012811804 0 0,8604129 0,124875 7,300369706 0,00041625 0,8687973 0,2581667 7,371509063 0,000860556 1,470288 0,3914792 12,47499424 0,001304931 3,603816 0,6581875 30,5773997 0,002193958 8,880098 1,324833 75,34521906 0,00441611 21,38611 2,658177 181,4553333 0,00886059 38,99149 3,9915 330,8321998 0,013305 61,37089 5,324823 520,7153289 0,01774941 82,65857 6,658166 701,3355104 0,022193887

esfuerzo real deformación real mpa 0,012811804 0 7,303408485 0,000416163 7,377852657 0,000860186 12,49127325 0,00130408 30,64448525 0,002191555 75,67795183 0,004406388 183,0631347 0,008821565 335,2339222 0,013217266 529,9577188 0,017593729 716,9008713 0,021951187

75 100 125 150 175 180 185 190 195

102,0776 108,4843 110,6774 110,9363 109,9601 108,653 105,826 102,2193 97,90933

9,9915 13,32483 16,65817 19,9915 23,32483 23,9915 24,65818 25,32483 25,99151

866,1007044 920,4598134 939,0676711 941,2643672 932,9815754 921,891187 897,90486 867,3029904 830,7340658

198,53 -0,8432071 26,46209 -7,15438317 Tabla datos acero AISI 1045 k3

0,033305 0,0444161 0,055527233 0,066638333 0,077749433 0,079971667 0,082193933 0,0844161 0,086638367

894,9461883 961,3430485 991,2115007 1003,988656 1005,520364 995,6163617 971,7071923 940,5173264 902,7075084 0,088206967 7,785449605

esfuerzo- deformación 1200 1000

esfuerzo mpa

800 600 ingenieril 400

real

200 0 0 -200

0.02

0.04

0.06

deformación

Datos relacionados a la tabla y grafico Esfuerzo máximo real : 1007,189 mpa Esfuerzo máximo ing : 942,690 mpa Módulo de elasticidad : 41,9740 Gpa Esfuerzo de fluencia a 0,2% y 2% de criterio =711,5131118 mpa =791,6644373 mpa Elongación máxima ingenieril: 8,812%

0.08

0.1

0,032762403 0,043457973 0,054040389 0,064511958 0,074875009 0,076934806 0,0789904 0,081041685 0,083088863 0,084531357

Medidas de elongación Se identificara si la medida de longitud inicial para la toma de datos depende de la longitud total de la probeta o es independiente de está usando de referencia el coeficiente de variación de la norma ASTM E8.

Probeta 1) 1045 k3 Antes (mm)

después (mm)

% elongación

50

:

55,5

=(55,5-50)/50 =

0,11 =11%

70

:

75,1

=(75,1-70)/70 =

0,07285 = 7,285%

100

:

106

=(106-100)/100 = 0,06 = 6%

150

:

158,7

=(158,7-150)/150 = 0,058 = 5,8%

Promedio: 0,07521 Desviación

(0,11−0,07521)2 +(0,07285−0,07521)2 +(0,06−0,07521)2 +(0,058−0,07521)2 4

√

típica:

=

0,020877 CV: 0,2775

correcto

Probeta 2) 1045 k5 Antes (mm)

después (mm)

% elongación

50

:

57,89

=(57,89-50)/50 =

0,1578 =15,78%

70

:

79,64

=(79,64-70)/70 =

0,1377= 13,77%

100

:

109,9

=(109,9-100)/100 = 0,099 = 9,9%

150 8,92%

:

163,39

=(163,39-150)/150 = 0,0892 =

Promedio: 0,120925 Desviación típica: 0,027862 CV: 0,2304

correcto

Probeta 3) 1045 k4 1 Antes (mm)

después (mm)

% elongación

50

:

58

70

:

80,25

100 9,76%

:

150

:

=(58-50)/50 =

0,16 =16%

=(80,25-70)/70 =

109,76

0,1464 = 14,64%

=(109,76-100)/100 = 0,0976 =

164

=(164-150)/150 = 0,0933 = 9,33%

Promedio: 0,124325 Desviación típica: 0,029312 CV : 0,235769

correcto

Probeta 4) 1045 k4 2 Antes (mm)

después (mm)

% elongación

------------------------------------------------------------------------------------------------------------70

:

100 9,46% 150

78,39 :

:

=(78,39-70)/70 =

109,46

=(109,46-100)/100 = 0,0946 =

164

=(164-150)/150 = 0,0933 = 9,33%

Promedio: 0,10316 Desviación típica: 0,01221 CV: 0,118380

0,1198 = 11,98%

correcto

CONCLUSIONES 1. propiedades encontradas para el acero AISI 1045 - Esfuerzo máximo real : 1007,189 mpa - Esfuerzo máximo ing : 942,690 mpa - Modulo de elasticidad : 41,9740 Gpa - Esfuerzo de fluencia a 0,2% y 2% de criterio - =711,5131118 mpa - =791,6644373 mpa - Elongación máxima ingenieril: 8,812%

Haciendo la debida comparación con los datos obtenidos de la práctica de tracción I sobre el acero AISI 1020 se concluye que es un acero con mejores capacidades, desde su módulo de elasticidad hasta su esfuerzo máximo, donde el 1045. 2. El uso de cualquier medida de longitud tomada de la probeta no proporciona los datos exactos de elongación del material, puesto que la elongación registrada máxima no se distribuye correctamente en todo el material, esta se ve más pronunciada en el centro del material porque hay se concentran todos los esfuerzos y menos pronunciada en los extremos de la probeta

. 3. Con respecto a la norma ASTM E8 sección 9 los porcentajes de elongación tienen un coeficiente de variación permitido por lo que cualquier medida puede ser tomada como correcta. 4. La medida que debe ser usada es la medida desde las mordazas puesto que entre ellas es donde más se concentran los esfuerzos y por consiguiente es el área que más se deforma.

BIBLIOGRAFÍA: 1. N.E. Dowling, Mechanical behavior of materials: Engineering methods for deformation, fracture and fatigue, 2th Ed., Prentice Hall, 2013. 2. W.D. Callister, Materials science and engineering: An introduction, 9th Ed., Wiley, 2013. 3. D. Askeland, The science and engineering of materials, 6th Ed., Cengage Learning, Inc., 2010.