INDICE 1. OBJETIVOS…………………………………………………….
03
2. PLANTEAMIENTO…………………………………………….
03
3. PROCEDIMIENTO……………………………………………..
04
4. RELACIÓN ENTRE DIAGRAMAS Carga - Desplazamiento y Esfuerzo – Desplazamiento……...................
05
5. RESULTADOS DE ENSAYOS DE TRACCIÓN GRÁFICA CARGA – DESPLAZAMIENTO………………………… DESPLAZAMIENTO……………………… … DESPLAZAMIENTO…………………………
06
6. TABLAS Y GRÁFICOS DE LAS PROBETAS PROBETA 2……………………………………………………… 2……………………… …………………………………… …… 2………………………………………………………… 2………………………… ………………………………… …
07
PROBETA 4……………………………………………………… 4……………………… …………………………………… …… 4………………………………………………………… 4………………………… ………………………………… …
09
7. CONCLUSIONES………………………………………………
12
“ENSAYOS DE TRACCIÓN PARA PROBETAS DE ACERO” OBJETIVOS DEL LABORATORIO: Los principales objetivos del laboratorio son determinar mediante un ensayo de tracción simple las propiedades mecánicas de un material, pudiendo comparar las propiedades entre un tipo de acero u otro.
PLANTEAMIENTO: Para realizar el ensayo de tracción, necesitamos una máquina de ensayos Instron 4468 (Máquina para ensayos de tracción) que consiste en una mordaza fija y otra mordaza móvil, donde se fija una probeta de dimensiones normalizadas. La máquina impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable, así la probeta se tracciona hasta llegar a la ruptura. Por otra parte la máquina nos entrega una serie de datos útiles como la carga aplicada y en este caso tenemos en serie un ordenador que nos muestra la gráfica “Carga – Desplazamiento” Máquina para ensayos de Tracción
La probeta para realizar el ensayo debe ser de sección transversal circular, obedeciendo a una superficie lo mas concéntrica posible para que el ensayo sea lo mas veredicto. Sus dimensiones de mayor importancia son el diámetro del área transversal (d0) y la longitud inicial de la probeta (Lo).
2
PROCEDIMIENTO: Contamos con 3 probetas de acero; Dos de acero SAE 1020 y Una de acero SAE 1045. Lo primero será medir con un pie de metro el diámetro de la sección transversal y la longitud inicial de cada probeta. Figura (a)
Sujetar la primera probeta entre las mordazas de la máquina, seleccionar la velocidad (que está normalizada) y dejar actuar la fuerza de tracción sobre la probeta.
Esperar que se desarrolle la carga hasta el momento de la ruptura de la probeta y estar atento con la gráfica obtenida. Retirar la probeta de las mordazas y medir con un pie de metro el diámetro final (ubicado en el punto donde se produjo la ruptura) y la longitud final de la probeta. Figura (b)
(a) (b)
Repetir los pasos anteriores para las otras dos probetas
Con estos 3 ensayos de tracción obtendremos una gráfica “Carga Desplazamiento” entregada por el computador conectado a la máquina de tracción. La gráfica presenta 3 curvas, cada una representando a una probeta.
3
RELACIÓN ENTRE DIAGRAMAS Del gráfico Carga - Desplazamiento haremos una relación pudiendo obtener un gráfico Esfuerzo – Deformación para cada una de las probetas, ya que:
DIAGRAMA
DIAGRAMA
Carga - Desplazamiento
Esfuerzo - Deformación
Lo que necesitamos es el área transversal de la probeta y la longitud inicial de la misma, datos que fueron medidos con anterioridad. Tabularemos los datos del primer diagrama (que fue el que obtuvimos de forma inmediata) para luego crear las tablas y respectivamente los diagramas Esfuerzo – Deformación de cada probeta analizando los puntos más críticos e importantes como son el límite de proporcionalidad, esfuerzo de fluencia, esfuerzo de ruptura, etc., para determinar las propiedades mecánicas de los distintos materiales.
4
RESULTADOS DEL ENSAYO DE TRACCIÓN Las curvas obtenidas de los ensayos de tracción para cada probeta son las siguientes:
GRÁFICO 1 “Carga (kN) – Desplazamiento (mm)”
NOTA PARA PROBETA 1: Este ensayo fue significativo, ya que cuando se estaba desarrollando el ensayo, la persona que manipulaba la máquina aumento bruscamente la velocidad para que pudiera realizarse mas rápido. Claramente esto no se debe hacer, solo se debe designar la velocidad de ensayo en un principio y esperar hasta la ruptura. Por ende se anula este ensayo.
NOTA PARA PROBETA 3 En este ensayo, al momento de aplicar la carga, la probeta se soltó de las mordazas sin hacer ninguna experimentación, por ende este ensayo queda igualmente nulo.
5
TABLAS Y GRÁFICOS DE PROBETAS REPRESENTATIVAS PROBETA 2
Material: Acero SAE 1020 Velocidad del ensayo: 0.6 mm/min Diámetro inicial de la probeta: Ø 4.96mm. Longitud inicial de la probeta: 72.55 mm. Diámetro final de la probeta: Ø3.37 mm. Longitud final de la probeta: 75.59 mm.
Tabla de datos diagrama Carga - Desplazamiento: P (kN) ∆l (mm)
0,20
0,00
2,65 0,50
5,00 0,75
7,00 1,00
8,80 1,25
10,35 1,50
11,70 1,75
13,00 2,00
13,80 2,30
13,50 2,50
12,90 2,75
12,30 3,00
11,65 3,25
10,90 3,50
10,00 3,74
PROBETA 2 DIAGRAMA CARGA - DESPLAZAMIENTO 16 14
) 12 N10 k ( a 8 g r a 6 C 4 2 0 0,00 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,30 2,50 2,75 3,00 3,25 3,50 3,74
Desplazamiento (mm)
6
Tabla de datos diagrama Esfuerzo – Deformación: σ(kN/mm2) ε
0,000 0,000
137,7 0,007
259,8 0,011
363,7 0,014
457,3 0,018
537,8 0,022
608,0 0,025
675,5 0,029
717,1 0,033
701,5 0,036
670,3 0,040
639,2 0,043
605,4 0,047
566,4 0,051
519,6 0,054
PROBETA 2 DIAGRAMA ESFUERZO - DEFORMACION 800,0 700,0 ) 600,0 2 m m500,0 / N ( o 400,0 z r e 300,0 u f s E 200,0
100,0 0,0 0,00 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03 0,03 0,04 0,04 0,04 0,05 0,05 0,05
Deformación
Las propiedades mecánicas obtenidas de la Probeta 2 de AC SAE 1020 A(inicial)=p(4.96) 2=19.32 mm2 4
A(final) =p(3.37) 2=8.92 mm2 4
a.- Límite de proporcionalidad: σprop =
= 8.8 = 455.4 N/mm 2 A(inicial) 19.32 P
b.- Esfuerzo de fluencia: σfluencia= 600 N/mm2
7
c.- Esfuerzo de ruptura real:
σrup(real)=Prup = 10·103= 1121N/mm2 8.92 A(final)
d.- Esfuerzo máximo: Σmax= Pmax = 13.8·103= 714.2N/mm2 (Coincide con el esfuerzo máximo de la gráfica) 19.32 A(inicial)
e.- Esfuerzo de ruptura:
σrup= Prup = 10·103= 517.59N/mm2 (Coincide con el esfuerzo de ruptura de la gráfica) A(inicial) 19.32
f.- % Alargamiento: %ε= (Lf - Li)/Li = (75.59 – 72.55)*100= 4.187 %
72.59
g.- % Reducción de área: %RA = (A1 – Af ) = (19.32 – 8.92)*100= 53.83% A1 19.32
COMERCIALMENTE, ENCONTRAMOS EL ACERO ASI-SAE 1020 QUE TIENE LAS SIGUIENTES PROPIEDADES MECÁNICAS Esfuerzo de fluencia 205 MPa Esfuerzo máximo 380 MPa Elongación 25% Reducción de área 50% Módulo de elasticidad 205 GPa Podemos ver, que el dato más cercano de la realidad con nuestro ensayo de tracción para esta probeta es la de reducción de área, pero el esfuerzo de fluencia y el esfuerzo máximo no llegan a ser representativos, esto se debe a factores que fallaron durante el ensayo o problemas con la probeta, ya que esta al momento de la ruptura no fue al centro, sino que en el extremo inferior de la probeta, cosa que no debe suceder. PROBETA 4
Material: Acero SAE 1045 Velocidad del ensayo: 0.6 mm/min Diámetro inicial de la probeta: Ø4.95mm. Longitud inicial de la probeta: 71.3 mm. Diámetro final de la probeta: Ø3.41 mm. Longitud final de la probeta: 74.73 mm.
8
Tabla de datos diagrama Carga - Desplazamiento: P (kN) ∆l (mm)
0,15 0,00
0,50 0,25
1,65 0,50
4,05 0,75
6,30 1,00
8,15 1,25
9,55 1,50
10,90 1,75
11,95 2,00
12,70 2,25
13,20 2,50
13,40 2,75
13,45 3,00
13,50 3,25
13,40 3,50
13,10 3,75
12,7 4,00
12,30 4,25
11,85 4,50
11,20 4,75
10,60 5,00
9,55 5,30
PROBETA 4 DIAGRAMA CARGA - DESPLAZAMIENTO 16 14 12
) N 10 k ( a 8 g r a 6 C 4 2 0 0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
Desplazamiento (mm)
Tabla de datos diagrama Esfuerzo – Deformación: σ(kN/mm2)
ε
0,000 0,000
137,7 0,007
259,8 0,011
363,7 0,014
457,3 0,018
537,8 0,022
608,0 0,025
675,5 0,029
717,1 0,033
701,5 0,036
670,3 0,040
639,2 0,043
605,4 0,047
566,4 0,051
519,6 0,054
9
PROBETA 4 DIAGRAMA ESFU ERZO - DEFORMACION 800,0 700,0 ) 2 m600,0 m500,0 / N ( o 400,0 z r e 300,0 u f s 200,0 E 100,0 0,0 0 0 1 1 1 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 7 7 7 8 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Deformacion
Las propiedades obtenidas de la Probeta de AC SAE 1045 A(inicial)=p(4.95) 2=19.24 mm2 4
A(final) =p(3.41) 2=9.13 mm2 4
a.- Límite de proporcionalidad: σprop =
= 8·103= 415.8 N/mm2 A(inicial) 19.24 P
b.- Esfuerzo de fluencia: σfluencia= 650 N/mm2
c.- Esfuerzo de ruptura real: σrup(real)=Prup = 9.5·103= 1040 N/mm2 9.13 A(final)
d.- Esfuerzo máximo: Σmax= Pmax = 13.7·103= 712.N/mm2 (Coincide con el esfuerzo máximo de la gráfica) A(inicial) 19.24
e.- Esfuerzo de ruptura: σrup= Prup = 9.5·103= 493.7N/mm2 (Coincide con el esfuerzo de ruptura de la gráfica) A(inicial) 19.24
f.- % Alargamiento: %ε= (Lf - Li) = (74.73 – 71.3)*100= 4.81 % 71.3 Li
10
g.- % Reducción de área: %RA = (Ai – Af ) = (19.24 – 9.13)*100= 52.54% Ai 19.24
COMERCIALMENTE, ENCONTRAMOS EL ACERO ASI-SAE 1045 QUE TIENE LAS SIGUIENTES PROPIEDADES MECÁNICAS Esfuerzo de fluencia 310 MPa Esfuerzo máximo 565 MPa Elongación 16% (en 50 mm) Reducción de área (40%) Aquí pudieron presentarse problemas parecidos que con la probeta de Acero SAE 1020 a modo de fabricación, es por ello la falta de datos parecidos, ya que experimentalmente, los datos obtenidos de la probeta 2 y la probeta 4 son muy parecidos, haciendo pensar que son ambas probetas de un mismo material.
CONCLUSIONES Los ensayos de tracción cumplieron con el objetivo de dar a conocer e identificar las diferentes propiedades de los dos aceros en estudio (Ac. SAE 1020 y Ac. SAE 1045). Si bien comprendimos que hay muchas cosas que mejorar, como lo que sucedió con la primera probeta que la consideramos nula ya que en medio del ensayo de tracción la persona encargada aumento bruscamente la velocidad del ensayo, algo que no debe hacerse nunca, ya que pierde lo veredicto de los datos. Como se pudo notar en todos los ensayos la probeta no se rompió en el medio como debiera ser, sino que en el extremo inferior, esto se pudo deber a distintos factores como: que la cilindres de las piezas no haya sido perfecta; que tenazmente las probetas no absorbieran la energía durante la deformación plástica y llevara a la ruptura de esa forma; o que el ensayo falló por mala elección de la velocidad o mala sujeción de las probetas. Los datos obtenidos de la probeta 2 y la probeta 4 son muy parecidos, haciendo pensar que son ambas probetas de un mismo material, algo que pudiera ser posible. Las propiedades mecánicas de las probetas en estudio son mucho mayores que las entregadas comercialmente, esto puedo ser bueno u malo dependiendo del tipo de proyecto a realizar con los diferentes materiales. Como ejemplo en ambas materiales los esfuerzos de fluencia y los esfuerzos máximos experimentales son significativamente mayores que los comerciales.
11