Ensayo tension

UNIVERSIDAD SANTO TOMASDIVISIÓN DE INGENIERÍAS

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICAAsignatura: MATERIALES INDUSTRIALES I – Grupo 3A

(B. C. Casas), (A. Corredor), (D. A. Gutierrez)Ensayo de tensión

(B. C. Casas), (A. Corredor), (D. A. Gutierrez)

(Recibido: 3 de Junio de 2016; Aprobado: 3 de Junio de 2016)

RESUMENEn este documento se podrá encontrar el procedimiento del ensayo de tensión de una probeta de acero 8620 y el respectivo análisis de los datos obtenidos en el ensayo, este ensayo se realizara con la implementación de una maquina universal de ensayos y una probeta del acero ya mencionado sometido a características específicas para un mínimo error en los datos obtenidos y así obtener las características del material sometido a tensión.

Palabras clave - Tension, Módulo de Young, Limite elástico, Zona elástica, Fluencia

ABSTRACTThis document may find the test procedure tension of a steel specimen 8620 and the respective analysis of the data obtained in the trial, this trial was carried out with the implementation of a universal testing machine and a test piece of steel already mentioned subject to specific features for a minimal error in the data and obtain the characteristics of the material under stress.

Keywords – Tension, Young's modulus, yield strength, elastic zone, Creep

Primer Autor: [email protected] Estudiante de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.Segundo Autor: autor2@ usantotomas.edu.co Estudiante de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.Tercer Autor: autor3@ usantotomas.edu.co Estudiante de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.

Materiales Industriales I – G 3A, Taller No. 1, Grupo 3A, junio de 2016, pág. xx a pág. xx




INTRODUCCIÓNLos aceros poseen muchas utilidades, entre ellas actuar como soportes de estructuras colgante, es decir, que soportan el peso de algunas estructuras que cuelgan como lo podría ser un puente colgante, algunos techos de arquitectura no convencional, un soporte de carcasa para una maquina empotrada, entre otros, y en el mayor de los casos se utiliza metales(aceros) para su construcción debido a sus características y propiedades mecánicas por tal motivo es necesario conocer las características que posee cierto tipo de acero a tensión , para así poder efectuar una cantidad de cálculos y poder escoger cual es el acero que se deba utilizar, para que me soporte una carga determinada con cierto factor de seguridad .

Además importante en el desarrollo de un ingeniero mecánico tener conocimiento en ciencia de materiales ya que este le brinda conocimiento en el comportamiento de los materiales, en especial los aceros, y así desarrollar un criterio en el momento de seleccionar un material, para su uso en la practica

Generalmente los ensayos que se realizan para conocer las propiedades de los materiales son de tipo destructivo, en el caso del ensayo de tensión el cual es utilizado para medir la resistencia de un material a una fuerza cuasi elástica. Esta prueba consiste en alargar una probeta por medio de tensión, ejercida gradualmente para conocer algunas propiedades mecánicas del material en general su rigidez, resistencia y ductilidad. En el ensayo de tensión la fuerza se aplica sobre una probeta cilíndrica y tamaño normalizado, que se maneja universalmente en los ingenieros.Objetivos

Conocer algunas propiedades como la ductilidad, rigidez y resistencia del acero 8620 sometido a una fuerza que ejerce la máquina.

Determinar los esfuerzos de deformación del acero. Calcular experimentalmente el módulo de elasticidad de la probeta. Marco teórico

Generalidades del ensayo de tensión 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 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.





Esfuerzo y deformación ingenieriles 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:

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.Diagramas esfuerzo – deformación El Diagrama Esfuerzo – Deformación es utilizado cuando se lleva a cabo el ensayo de Tensión. Este tipo de graficas se pueden hacer con los datos calculados esfuerzo-deformación ingenieriles, o con los datos correspondientes a esfuerzo – deformación reales. A continuación se presenta el diagrama de esfuerzo deformación para el caso de datos reales.





Deformación elástica La elasticidad es estudiada por la teoría de la elasticidad, que a su vez es parte de la mecánica de sólidos deformables. La teoría de la elasticidad (TE) como la mecánica de sólidos (MS) deformables describe cómo un sólido (o fluido totalmente confinado) se mueve y deforma como respuesta a fuerzas exteriores. La diferencia entre la TE y la MS es que la primera solo trata sólidos en que las deformaciones son termodinámicamente reversibles y en los que el estado tensiones en un punto

en un instante dado dependen solo de las deformaciones en el mismo punto y no de las

deformaciones anteriores (ni el valor de otras magnitudes en un instante anterior).

Deformación plástica, irreversible o permanente.

Modo de deformación en que el material no regresa a su forma original después de retirar la carga aplicada. Esto sucede porque, en la deformación plástica, el material experimenta cambios termodinámicos irreversibles al adquirir mayor energía potencial elástica. La deformación plástica es lo contrario a la deformación reversible.

Resistencia a la tensión

Estirar un material lo somete a una fuerza llamada tensión. La resistencia a la tracción es la cantidad de tensión que un material puede soportar sin romperse. Los múltiplos de una unidad recién inventada llamado pascal sirven como unidades convenientes para medir la resistencia a la tracción. Un megapascal, o 1 millón de pascales, es igual a un poco más de145 libras por pulgada cuadrada


https://es.wikipedia.org/wiki/Plasticidad_(mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos)

https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa



(B. C. Casas), (A. Corredor), (D. A. Gutierrez)(101.945,09 kilogramo por metro cuadrado). El gigapascal (1.000.000.000 de pascales) y el terapascal (1 billón de pascales) también sirven como unidades de resistencia a la tracción de las mediciones. Los valores de resistencia a la tracción varían de un material a otro.

FluenciaLa fluencia o cadencia es la deformación irrecuperable de la probeta, a partir de la cual sólo se recuperará la parte de su deformación correspondiente a la deformación elástica, quedando una deformación irreversible. Este fenómeno se sitúa justo encima del límite elástico, y se produce un alargamiento muy rápido sin que varíe la tensión aplicada. Mediante el ensayo de tracción se mide esta deformación característica que no todos los materiales experimentan.Ductilidad La ductilidad es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse plásticamente de manera sostenible sin romperse,1 permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material. A los materiales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles. Los materiales no dúctiles se califican como frágiles. Aunque los materiales dúctiles también pueden llegar a romperse bajo el esfuerzo adecuado, esta rotura sólo sucede tras producirse grandes deformaciones.Módulo de Young El módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material, según la dirección en la que se aplica una fuerza. Este comportamiento fue observado y estudiado por el científico inglés del siglo XIX Thomas Young, aunque el concepto fue desarrollado en 1727 por Leonhard Euler, y los primeros experimentos que utilizaron el concepto de módulo de Young en su forma actual fueron hechos por el científico italiano Giordano Riccati en 1782, 25 años antes del trabajo de Young.1 El término módulo es el diminutivo del término latinomodus que significa “medida".

Procedimiento 1. Medición de la probeta: Antes de comenzar a realizar los ensayos de tensión se deben tomar las

respectivas medidas dimensionales 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.

2. Programación y puesta a punto de la maquina universal de ensayos: Paso siguiente con la ayuda del encargado le 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;

3. Tomar los debidos apuntes y evidencias de cual fue la carga que soporto el material hasta el momento de fracturarse y así poder hacer todos los cálculos necesarios.


https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%B3dulo_de_Young#cite_note-1

https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Giordano_Riccati&action=edit&redlink=1

https://es.wikipedia.org/wiki/Leonhard_Euler

https://es.wikipedia.org/wiki/Thomas_Young

https://es.wikipedia.org/wiki/Hilo

https://es.wikipedia.org/wiki/Alambre

https://es.wikipedia.org/wiki/Ductilidad#cite_note-1

https://es.wikipedia.org/wiki/Plasticidad_(mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos)

https://es.wikipedia.org/wiki/Metal

https://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Material

https://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_tracci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3n_el%C3%A1stica

https://es.wikipedia.org/wiki/Probeta_(mec%C3%A1nica)




Diámetro de la parte de la fractura 5mm





Diámetro de la parte de la fractura 7mm

I.

II.

III. RESULTADOS




(B. C. Casas), (A. Corredor), (D. A. Gutierrez)Para poder conocer cuál es el límite elástico o límite de fluencia y el módulo de Young correspondiente al acero 8620, el cual fue el utilizado en el ensayo de compresión. Primero se realizó una tabla de los datos obtenidos (Documento Excel Adjunto), esta contenía la carga aplicada y el desplazamiento o posición, después se decidió graficar esta tabla obteniendo:

Esta primera grafica a pesar de que se parece bastante a la del esfuerzo vs deformación, no corresponde a esta, esto debido a que los valores expresados en los ejes, como se puede ver en la gráfica, corresponden a toneladas fuerza y milímetros. Cabe resaltar que se omitieron los cuatro primeros datos debido a que además de que eran anormales, estos no correspondían a la gráfica a causa de que era cuando la maquina estaba empezando a operar y la probeta aún no estaba del todo acoplada.Después de realizar la primera grafica se decidió realizar la gráfica de esfuerzo vs deformación, para esto será necesario saber que:

Donde:

Mediante la utilización de Excel se obtuvo otra tabla a partir de las cargas y las posiciones (Documento Excel Adjunto), con esta tabla en la cual se aplicaban las formulas antes mencionadas, se obtuvo la gráfica esfuerzo vs deformación:





Esta grafica corresponde al comportamiento del material cuando se le aplica una carga en determinado tiempo, como se puede observar se obtuvo un esfuerzo en unidades de toneladas fuerza sobre milímetro cuadrado y la deformación en unidades adimensionales a causa de que al operar se obtiene milímetro sobre milímetro. Con esta gráfica y con los datos obtenidos ahora si podemos determinar el limite elástico o de fluencia y el módulo de Young.

Para hallar el límite de fluencia se utilizó el método del 0.2%, entonces se tomó dos valores de la deformación y se les sumo un 0.002, el dato de esfuerzo se dejó igual. Con estos dos datos se trazó una recta que era paralela a la zona elástica de la gráfica de esfuerzo vs deformación, y donde intersecara la recta con la gráfica era donde se ubicaba el limite elástico:

El valor del límite de elasticidad o de fluencia para un acero 8620 es aproximadamente:




(B. C. Casas), (A. Corredor), (D. A. Gutierrez)Con la gráfica anterior también es posible determinar el módulo de Young, como bien conocemos el módulo de Young es la pendiente de la zona elástica de la gráfica de esfuerzo vs deformación, como la recta que se creo es paralela a esta zona elástica quiere decir que posee la misma pendiente, por lo tanto, se le pidió a Excel que definiera la ecuación de esta recta, procedimiento que nos arrojó como

respuesta: , lo cual nos dice que el módulo de Young para un acero 8620 es

IV. CONCLUSIONES

De acuerdo a los cálculos realizados anteriormente utilizando el método del 0,2% de la deformación para hallar el límite elástico se puede observar:

resultadoLimite elástico

De acuerdo a los cálculos tenemos que el módulo de Young según la ecuación: resultado

Módulo de Young

REFERENCIAS

[1] Monografías, “Diagrama Esfuerzo. Deformación”, Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos38/traccion-en-metales/Image10628.gif

[2] CALLE T. G., HENAO C. E., Consideraciones Teóricas, LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES GUÍA DE LABORATORIO, UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2009.

[3] CALLE T. G., HENAO C. E., “Tamaño Probetas”, LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES GUÍA DE LABORATORIO, UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2009.

V. ANEXOS

Ficha tecnica del acero 86 20






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