Ensayo de TRACCION

Universidad de Santiago de Chile – USACH – Departamento de Ingeniería en Mecánica

ÍNDICE Resumen…………………………………………………………………….……. Página 2 Objetivos…………………………………………………………………………... Página 2 Características técnicas de equipos e instrumentos………………………..... Página 3 Metodoogía e!perimenta……………………………………………….…….… Página " Presentaci#n de datos…………………………………………………………… Página $ Presentaci#n de resutados…………………………………………………..…. Página % Concusiones……………………………………………………………………… Página & 'péndice………………………… 'péndice…………………………………………………… ……………………………………………..… …………………..….. Página ((

Informe N° ! "nsa#o de $racci%n

(


RESUMEN )n esta e!periencia se reai*# un ensa+o de tracci#n a $ probetas, dos de auminio, dos de at#n + dos de acero. -ico ensa+o consisti# en coocar a probeta en una maquina universa de ensa+o para sometera a una /uer*a a!ia que va aumentando graduamente, asta egar a a ruptura de materia. 'corde a a /uer*a má!ima apicada registrada por a maquina, e diagrama de es/uer*o estiramiento entregado por dica, + otros parametros importantes como e área transversa de a probeta+ su argo, en condiciones iniciaes + /inaes, se pudo determinar os es/uer*os de proporcionaidad + de ruptura de manera e!itosa, junto con a contante de easticidad para cada probeta, para /inamente comprobar a teoría de como se comportan dicos materiaes, es decir, a e+ de 0oo1e apicada a a *ona eástica de materia, + e comportamiento pástico que empie*a en a *ona de /uencia.

OBJETIVOS Generales: (. Comprender e proceso de un ensa+o de tracci#n unia!ia. 2. 'prender a controar a caidad de os materiaes, principamente aceros + aeaciones, que e!isten en a industria manu/acturera a /in de controar + mantener a seguridad en cuaquier tipo de estructuras estén sometidas a este tipo de es/uer*os.

Específicos: (. -eterminar e es/uer*o + eongaci#n en determinados puntos críticos, para a comprensi#n de comportamiento de materia. 2. 'picar a e+ de 0oo1e en a *ona eástica de materia a /in de cacuar e moduo de easticidad de cada probeta ocupada. 3. nterpretar de manera correcta un diagrama de uer*a 4 )ongaci#n a modo de conocer as di/erentes cargas, cruciaes para a determinaci#n de os es/uer*os mencionados.


2


CARACTERÍSTICAS TCNICAS DE E!UI"OS E INSTRUMENTOS (. Pie de metro 4 5ensibiidad6 7,72 mm 4 8nidades de ectura6 miímetro 4 )scaa de medici#n6 ordina 2. Probetas normai*adas de acero, auminio + at#n

Il&straci%n ' (ro)eta de acero

Il&straci%n +' (ro)eta de al&minio

Il&straci%n *' (ro)eta de lat%n

3. Máquina universa de ensa+os 4 Marca6 9osenausen:er1 4 Capacidad6 (7 toneadas

Il&straci%n .' Medidor de la f&er/a 0en $oneladas f&er/a1 -&e se aplica en la ma-&ina &niversal de ensa#os Informe N° ! "nsa#o de $racci%n

Il&straci%n ,' Má-&ina &niversal de ensa#o 3


METODO#OGÍA E$"ERIMENTA# "roce%i&ien'o: DETERMINACI(N DE# DI)METRO * #ONGITUD DE #AS "ROBETAS DES"US DE A"#ICAR E# ENSA*O DE TRACCI(N * #A +UER,A M)$IMA A"#ICADA EN DIC-O ENSA*O "reparaci.n %e las pro/e'as ;ombramiento de as probetas

•

Ocupar $ probetas normai*adas acero4(, acero42, at#n43, at#n4", auminio4? + auminio4$.

Marca en as probetas

•

Con un ápi*, acer una marca en a parte donde comien*a a secci#n ciíndrica de a probeta.

Il&straci%n 2' "3emplo de marcas donde comien/a la secci%n cilíndrica de la pro)eta

•

;o pasar a evar estas marcas en todo e procedimiento.

@'caraci#n6 )n esta metodoogía, cuando se aude a Aa probetaB se debe apicar a as $ probetas invoucradas en este procedimiento.

Me%ici.n inicial • •

)n a secci#n ciíndrica de a probeta, ocupar e pie de metro para medir su diámetro. Medir ocupando e pie de metro, a ongitud de a secci#n ciíndrica de a probeta.


"


Ensa0o %e 'racci.n • • • • • •

Coocar a probeta en a maquina universa de ensa+o. 5ometer probeta a proceso de tracci#n. )sperar asta que a probeta aa e!perimentado a ruptura. Revisar en a maquina universa de ensa+o cua /ue a uer*a má!ima apicada + anotara. Retirar a probeta de a maquina. 9a maquina entregará un registro de a /uer*a vs estiramiento de todo e proceso de tracci#n, es decir, asta a e momento de a ruptura.

Il&straci%n 4' (ro)eta en proceso de tracci%n e3ercido por la ma-&ina &niversal de ensa#o

Il&straci%n 5' "3emplo de pro)etas l&ego del ensa#o de tracci%n6

Me%ici.n final • • •

Con a+uda de dos personas, una debe unir amabas partes de a probeta mientras a otra reai*a as mediciones especi/icadas a continuaci#n. Medir, ocupando e pie de metro, e diámetro /ina que adopto a probeta, especí/icamente en a secci#n donde e!perimento a ruptura. Medir con e pie de metro e a ongitud /ina que adopto a probeta, teniendo en cuenta os imites marcados en a /ase de Apreparaci#n de probetasB descrita anteriormente.


?


"RESENTACI(N DE DATOS )n este in/orme se ocuparon as siguientes unidades6 • 9ongitud 6 Centímetros < cm = • Carga o /uer*a 6 iogramos4/uer*a < 1g/ = • )s/uer*o 6 iopondios por unidad de centímetro cuadrado < 1g/DcmE =

Ta/la 12 "ar3&e'ros iniciales %e ca%a pro/e'a 0 par3&e'ros finales 456n'o con la car7a &38i&a re7is'ra%a por la &a96ina %e ensa0o2

'uminio4( 'uminio42 9at#n4( 9at#n42 'cero4( 'cero42

-iámetro inicia

-iámetro /ina

Grea transversa Grea transversa inicia /ina

ϕ o ( c m )

ϕ f ( c m )

A

( c m )

(,77? (,77? (,777 (,777 (,777 (,777

7,&$7 7,&?7 7,F(7 7,F%7 7,F(? 7,$F?

7,%&33 7,%&33 7,%F?" 7,%F?" 7,%F?" 7,%F?"

2

o

9ongitud inicia

9ongitud /ina

A f ( c m )

L o ( c m )

L f ( c m )

7,%23F 7,%7FF 7,?(?3 7,?&"? 7,?2(% 7,3$F?

((,$? (7,F( (7,F( (7,?? (7,F( (7,&(

2

(2,&77 (2,"7? (3,?7? (2,FF? ((,377 ((,$&?

Carga má!ima P

m ax

( K g f )

3.%%7 3.%$7 3.?F7 3.3F7 %.72? ?.2?7

Gr3fico 12 Dia7ra&as %e es'ira&ien'o 4e5e $ ;s car7a aplica%a 4e5e * re7is'ra%o por la &a96ina %e ensa0o para ca%a pro/e'a2


$


@9a interpretaci#n de este diagrama para a determinaci#n de vaor de /uer*as está e!picado en a secci#n de 'péndice.

"RESENTACI(N DE RESU#TADOS Ta/la <2 Valores o/'eni%os a par'ir %e 7r3fico 12 Carga de ruptura

Carga de )stiramiento de proporcionaidad proporcionaidad

Prup ( kgf )

'uminio4( 'uminio42 9at#n4( 9at#n42 'cero4( 'cero42

3.%%7,77 3.%$7,77 3.?F7,77 3.3F7,77 $.23%,(? ".773,(3

P pp ( kgf )

δ pp (cm )

2.$((,2$ 2.$(?,$? 2.%2(,"? 2.33$,(F $."3",(( ".?&3,%?

7,2F 7,2$ 7,33 7,2F 7,3$ 7,2$

Carga má!ima Pmax ( Kgf )

3.%%7 3.%$7 3.?F7 3.3F7 %.72? ?.2?7

@9os datos de a carga má!ima son sacados de a taba ( + se muestran en esta taba a modo de comparaci#n con as demás cargas. @) método de cacuo de estos datos se puede ver en a secci#n de 'péndice.

Ta/la =2 Valores %e esf6er>os o/'eni%os a par'ir %e %a'os en 'a/la 1 0 'a/la <2 )s/uer*o má!imo

es/uer*o de ruptura nomina

)s/uer*o de ruptura rea

)s/uer*o de proporcionaidad

σ m a x ( k g f / c m )

σrup ( kgf / cm2)

σrup ( kgf / cm2)

nominal

real

σ p p ( k g f / c m )

'uminio4(

".%?2,"%

".%?2,"%

?.27F,"$

3.2&(,%?

'uminio42

".%3&,F$

".%3&,F$

?.37",?F

3.2&%,37

9at#n4(

".??F,27

".??F,27

$.&"%,"(

3."$?,7$

9at#n42

".373,??

".373,??

?.$F?,%$

2.&%",?(

'cero4(

F.&"",?(

%.&"(,3&

((.&??,F%

F.(&2,(%

'cero42

$.$F",?(

?.7&$,&"

(7.F$2,"$

?.F"F,&"

2

-onde6

σ max=

Pmax Ao

2

Prup Prup P pp ; σ rup ( nominal )= ; σ rup ( real )= ; σ pp= A o A f A o


%


Ta/la ?2 M.%6los %e elas'ici%a% o/'eni%os a par'ir %e %a'os en la 'a/la 1 0 'a/la <2 Moduo de easticidad 2

E ( k g f / c m )

'uminio4( 'uminio42 9at#n4( 9at#n42 'cero4( 'cero42 -onde6

E=

(3$.&$7,"% (3%.7&(,"" ((3.?7$,F( ((2.7%?,3% 2"?.&&2,?" 2"?."37,%7 Lo P pp A o δ pp

Ta/la ?2 Variaci.n porcen'6al %e las %i&ensiones %e ca%a pro/e'a 4o/'eni%as a par'ir %e la 'a/la 1 Hariaci#n Hariaci#n porcentua de a porcentua de ongitud área transversa Δ L ( % )

Δ A ( % )

'uminio4(

&,$&

F,%?

'uminio42

(2,F$

(7,$?

9at#n4( 9at#n42 'cero4( 'cero42

(&,&$ (F,(2 ",3" $,%(

3",3& 2",3( 33,?F ?3,7F

L f ×100

Δ L=100 − Informe N° ! "nsa#o de $racci%n

Lo

; Δ A =100 −

A f ×100 A o

F


-onde6

CONC#USIONES An3lisis co¶'i;o %e res6l'a%os2 ' partir de a taba ( se puede notar que as condiciones iniciaes de as probetas

&


An3lisis respec'o %e li'era'6ra '@cnica2 Jomando en consideraci#n os resutados en a taba 3. 9os aceros ( + 2 parecieran ser materiaes di/erentes debido a sus di/erencias en todos os es/uer*os cacuados, sin embargo, como se mencion# antes, estos aceros recibieron tratamientos distintos, + segKn se entiende en a teoría, agunas propiedades /ísicas de os metaes estructuraes, como resistencia, ductiidad + resistencia a a corrosi#n, pueden verse mu+ a/ectadas debido a causas como a aeaci#n, e tratamiento térmico + e proceso de manu/actura empeado. Poniendo en perspectiva e grá/ico (, se puede observar os diagramas de /uer*a4 estiramiento de os aceros, se observan grandes variaciones en a /uer*a utima + /uer*a má!ima apicada. 'mbos sin embargo, acorde a o obtenido en a taba ", poseen e mismo moduo de easticidad, es decir, su Arigide*B o capacidad para resistir una de/ormaci#n dentro de rango inea es a misma. )sto quiere decir que si en una estructura dada un acero de ata resistencia sustitu+e a uno de menor resistencia, + todas as dimensiones permanecen iguaes, a estructura tendrá un incremento en su capacidad de carga, pero su rigide* permanecerá sin cambio. )sto no ocurre a rempa*ar en este ejempo e acero, por un at#n u auminio, puesto que su rigide*
An3lisis %e 'eorías 0 &o%elos2 )ste ensa+o de tensi#n basa sus resutados en a teoría de a easticidad, especí/icamente en a e+ de 0oo1e, a cua dice, para nuestros e/ectos, que en un ensa+o de tensi#n o compresi#n, se puede conocer e vaor de es/uer*o que e!perimenta e materia en cada instante de a de/ormaci#n, tan soo conociendo e moduo de easticidad, siempre que no pase su *ona eástica. )n e/ecto, e moduo de easticidad es una constante que no cambia en e materia + que por o tanto no es necesario cacuara cada ve* que se monta una estructura. 9a simpicidad de dica e+ describe una /unci#n inea, ta cua se ve en e diagrama. ;o obstante, e verdadero trabajo esta en saber asta que punto dica ineaidad es vaida, puesto que pasado esta *ona, e materia tendrá comportamientos no ineaes, pero más importante aun, su de/ormaci#n sera pástica, es decir, pasado a *ona inea, e materia e!perimenta, de acuerdo a os datos obtenidos, de/ormaci#n irreversibe. Por utimo, es importante destacar que, en a *ona eástica, a variaci#n de área transversa es mínima, incuso en as primeras /ases de a *ona eástica, cedencia + endurecimiento por de/ormaci#n, no a+ una variaci#n considerabe de esta. )s en a /ase de estriccion donde se nota un rápido cambio de área transversa, asta egar a a ruptura, es por esto que os es/uer*os de de/ormaci#n nomina + rea mostrados en a taba 3, varia considerabemente.

Apor'e personal2 9os resutados de este ensa+o /ueron tratados cuidadosamente, + como resutado dio a unos cácuos cu+os vaores /ueron /iees a a teoría, esto se vio ma+ormente re/ejado en e moduo de easticidad, donde e auminio4( compartía e mimo vaor que e auminio42 + de igua /orma con os otros dos materiaes. ' momento de acer una estructura, a+ diversos Informe N° ! "nsa#o de $racci%n

(7


/actores a considerar a momento de eegir e materia, +a que vivimos en un ambiente industriai*ado, es importante que a competitividad, por eso e precio tota es un /actor que un ingeniero debe considerar, por eso, os /actores de a resistencia permisibe + rigide* son caves cuando se eige un materia. )speci/icaciones menos importantes son cuanto de/ormaci#n soporta en a *ona eástica, puesto que no se trabaja en esos rangos, es por esto que, por o genera, e acero sirve para diversos /ines ingenieries, +a que este puede egar a tener una gran *ona easticidad
A"NDICE Teoría2 8n materia en una estructura o ensa+o que soporte una carga a!ia de tensi#n e!perimentará una de/ormaci#n que sigue a siguiente /orma generai*ada6

Il&straci%n 7 ' Diagrama "sf&er/o!Deformaci%n

9a regi#n inea es a *ona donde a de/ormaci#n no es permanente, es decir, e materia vueve a su ongitud inicia uego de retirar a carga. )n esta regi#n donde a de/ormaci#n + e es/uer*o son directamente proporcionaes, gobierna a e+ de 0oo1e. σ=Εϵ

donde ,

σ= Esfuerzo , Ε = modulo


de elasticidad

,

ϵ= deformación

unitaria

((


) es/uer*o es a /uer*a por unidad de área que tiene que resistir e materia. P A donde , F = carga aplicada , A = área transversal inicial

σ=

9a de/ormaci#n unitaria es a e estiramiento por unidad de ongitud que e!perimenta e materia.

ϵ= δ

L donde , δ = estiramiento , L=largo inical

Por o tanto, despejando e es/uer*o + a de/ormaci#n en a e+ de 0oo1e, ) moduo de easticidad se puede interpretar matemáticamente de a siguiente /orma.

Ε=

LP A δ

)sta utima /ormua es Kti para e caso de un ensa+o de tensi#n, en e cua, teniendo os vaores de estiramiento + carga en un punto cuaquiera de a *ona inea, se puede determinar /ácimente e vaor de moduo eástico. Para os es/uer*os que van desde que empie*a a *ona pástica asta e es/uer*o de ruptura, no es apicabe este moduo eástico, + por ende, a e+ de 0oo1e, sin embargo, en un diagrama uer*a estiramiento se puede determinar de /orma manua os es/uer*os de a *ona pástica.

Desarrollo %e c3lc6los2 Para a determinaci#n a carga de ruptura, carga de proporcionaidad + estiramiento de proporcionaidad de a 'a/la < se tubo que interpretar e 7r3fico 1 que muestra os diagramas uer*a4estiramiento para todas as probetas utii*adas. -ico diagrama es proporciona en sus medidas pero no está determinada sus unidades. )s por eo que se tomo como re/erencia a carga má!ima registrada por a maquina de ensa+o + se estim# a cantidad de divisiones en diagrama para as siguientes cargas6


(2


Ta/la 2 Can'i%a% %i;isiones en los %ia7ra&as %el 7r3fico 1 para %e'er&ina%as car7as2 Carga má!ima

Carga de ruptura

Pmax ( divisiones )

Prup ( divisiones )

Carga de proporcionaidad

)stiramiento de proporcionaidad

P pp ( divisiones )

δ pp (divisiones )

'uminio4(

23,(

23,(

($,7

(,"

'uminio42

23,7

23,7

($,7

(,3

9at#n4( 9at#n42 'cero4(

22,( 27," 2(,"

22,( 27," (&,7

($,F (",( (&,$

(,% (," (,F

'cero42

($,7

(2,2

(",7

(,3

'nai*ando e auminio4( , su carga má!ima registrada /ue 3%%7 g/ , + as divisiones en e diagrama estimadas son 23,( , entonces para encontrar a carga de ruptura, cu+as divisiones estimadas /ueron 23,( , se apica una rega de tres, por o tanto, queda6

P rup ( divisiones ) Prup = P P max ( divisiones ) max

23,1

=

23,1

×3770

= 3770 ( Kgf )

L para a carga de proporcionaidad6 P pp( divisiones ) P pp= P P max ( divisiones ) max

=

16,0 23,1

×3770

= 2611,26 ( Kgf )

inamente, para determinar e vaor de estiramiento de proporcionaidad, se tiene que tomar en cuenta que una divisi#n equivae a 2 miímetros, siguiendo esta rega, para e auminio4( queda de a siguiente /orma6 −1

δ pp = δ pp (divisiones )× 2×10

−1

= 1,4 ×2×10

= 0,28 ( cm)

) mismo método /ue apicado a as demás probetas.


(3

Ensayo de TRACCION

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