Informe de Conformado de metales. Clases de laboratorio
Realizado por: Paula Díaz Lazcano Profesor teoría: Ricardo Castillo Profesor Lab.: Hector Galvez Ramo: Conformado de metales Año académico: 2° semestre del 2012
Introducción Mediante el presente informe, se busca dar a conocer tipos de ensayos para el reconocimiento de propiedades de los metales. Además, se busca adquirir a dquirir y evidenciar evidenci ar valores numéricos, realizando un análisis de acuerdo a los datos obtenidos para su posterior análisis gráfico. Cada uno de los laboratorios, cuenta con sus procedimientos y resultados, además de estar acompañados con un seguimiento fotográfico. A continuación, se presentará el orden del desarrollo de los laboratorios. 1. Ensayo de creep 2. Ensayo de relajación 3. Ensayo de Buschinger 4. Ensayo de watts and for Cabe destacar que cada laboratorio tendrá una conclusión al finalizar su desarrollo numérico y gráfico.
Primer Laboratorio de Conformado de metales
Ensayo de Creep
El ensayo busca obtener los resultados, producto de una deformación lenta de una probeta de estaño, cada tres minutos. Para ello, tendremos una serie de pasos a seguir y recomendaciones, los resultados estarán complementados con un gráfico que entregará la información necesaria de acuerdo a los datos adquiridos.
Introducción La deformación lenta de una probeta (alambre) de estaño, será realizada en el laboratorio con las medidas de seguridad necesarias, además de la supervisión e instrucción de un profesor. Los datos serán evaluados a la posterior fractura de la probeta, realizando tablas con sus valores y posteriores gráficos que nos entregaran la información pedida, cabe destacar que, cualquier tipo de observación será entregada a medida que avance nuestro informe. La idea de todo esto es poder formar un conocimiento más amplio sobre Conformado de metales, llevando a la práctica lo aprendido en clases. A continuación, se entregará información información important i mportante e para el desarrollo de nuestro experimento.
Realización de ensayo 1. Objetivos: Determinar las curvas curvas características por la deformación lenta o progresiva o creep.
2. Aparatos o Instrumentos: Mordaza superior fija Mordaza Inferior Movil Pesas de 5 kg.
3. Materiales: Trozo de Soldadura blanca al 50% (estaño), cilíndrica de 1/8’’ de diámetro, sin núcleo de resina. Guincha de medir en milímetros.
4. Procedimientos:
Realizar recosido de la probeta: Afirmando la probeta con un alicate, realizamos el recosido artesanal con un soplete, para luego de un tiempo, introducirlo en un tarro con agua. El metal debe ser introducido rápidamente al tarro y éste no debe haber sido derretido por el efecto del calor. Montar y fijar la probeta: La probeta se monta en una estructura con un soporte en medio, dicha probeta tiene el extremo inferior afirmado a un peso de 5kg.
Marcar la longitud inicial en la probeta de 28 cm aproximadamente: Dicha longitud será medida cada 3 minutos, con el peso en su parte inferior. Aplicar una precarga de 5 Kg, y realizar marca inicial para controlar la deformación a lo largo del tiempo: Se deberá esperar que el material se estire lo que más pueda, para luego aplicarle otra cantidad de peso. Aplicar una carga total de 10 Kg Kg la que actuará en forma permanente a temperatura ambiente hasta la rotura Controlar la deformación producida, realizando medicio mediciones nes casa 3 minutos hasta la rotura.
Nota: Para nuestro laboratorio, por falta de tiempo debimos aplicarle calor a la probeta para que se alargara más rápidamente, hasta su ruptura. Debido a que la deformación producida no era de grandes dimensiones.
Resultados Antes debemos debemos tener en cuenta cuenta que: que: Tensión nominal:
=
0
Deformación convencional:
=
∆ 0
Deformación natural o verdadera:
= (1 + )
ΔL: longitud deformada
; Largo inicial: inicial : 330 mm
Datos Obtenidos: =
∆
(1 + )
= (1 + )
0
1
0
4
0,01212121
1,01212121
0,01204834
6
6
0,01818182
1,01818182
0,01801851
9
9
0,02727273
1,02727273
0,02690745
12
11
0,03333333
1,03333333
0,03278982
15
14
0,04242424
1,04242424
0,041549
18
16
0,04848485
1,04848485
0,04734612
21
18
0,05454545
1,05454545
0,05310983
24
21
0,06363636
1,06363636
0,06169357
27
23
0,06969697
1,06969697
0,0673754
30
26
0,07878788
1,07878788
0,07583808
33
29
0,08787879
1,08787879
0,08422973
36
32
0,0969697
1,0969697
0,09255156
39
35
0,10606061
1,10606061
0,1008047
42
37
0,11212121
1,11212121
0,10626919
45
41
0,12424242
1,12424242
0,11710941
48
44
0,13333333
1,13333333
0,12516314
t(min)
ΔL (mm)
0
0
3
0
Gráficos Deformación natural v/s Tiempo 0,14 0,12
) m m 0,1 ( n 0,08 ó i c a 0,06 m r o f 0,04 e D
Єv=ln(1+Є)
0,02
0 0
10
20
30
40
50
60
Tiempo (mín)
Longitud Longitud deformad deformada a v/s v/s Tiempo 50
) m 45 m 40 ( a d 35 a 30 m r o 25 f e d 20 d u 15 t i g 10 n o 5 L
ΔL
0 0
10
20
30
Tiempo (min)
40
50
60
ln(t) v/s Deformación
) t ( n L
4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0
ln(t)
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
Deformación
Deformaci Deformación ón convencio convencional nal v/s v/s Tiempo Tiempo l 0,14 a n 0,12 o i c n e 0,1 v n o 0,08 C n 0,06 ó i c a 0,04 m r o f 0,02 e D
Є=(ΔL/L0)
0
0
10
20
30
Tiempo (min)
40
50
60
Conclusión Con la experiencia ya realizada, datos ya obtenidos, podemos concluir que la dureza y resistencia del estaño es demasiado inferior si lo comparamos con otros materiales, además poco resistente para solo 10 kg. Su deformación irreversible nos sirvió para darnos cuenta que tipo de fractura queda y como cambia el material, además de aprender más sobre la deformación de metales. Su implementación para un futuro puede ser demasiado práctica a la hora de la toma de decisiones sobre un material, claro ésta, que ahora en la actualidad, no es tan necesario realizar éste tipo de ensayos, ya que, las empresas distribuidoras de metales, nos proporcionan la información necesaria para una buena elección de metales. Pero jamás esta demás saber cómo realizar este tipo de ensayo.
Segundo Laboratorio de Conformado de metales
Ensayo de Relajación
Con dos probetas de ensayo, SAE 1010 y SAE 1045, se determinaran las curvas de relajación con en tensiómetro. Los datos adquiridos y arrojados por la maquina serán puestos, analizados y con sus respectivas gráficas. Además, se complementaran con fotográficas fotográficas durante el proceso.
Introducción El presente informe desea obtener las curvas de relajación ya mencionadas, para ello, describiremos el objetivo de nuestro laboratorio, los materiales utilizados, y pasos secuenciales a seguir. La idea es formar una visión clara de los resultados obtenidos, para ello, especificaremos que evaluaremos, que necesitaremos, y los gráficos que nos arrojaron los datos. Mediante nuestras dos probetas de ensayos, realizaremos la serie de pasos independiente, analizando en cada una de ellas su comportamiento. A continuación, continuación, se procederá procederá a entregar entregar la información información principal principal para nuestro desarrollo.
Realización del ensayo 1. Objetivo: Determinar las curvas características de un SAE 1010 y un SAE SAE 1045
2. Maquinas y instrumentos Tensiómetro tipo W con capacidad de 2000kg, y su registro manual. manual. Cronometro con exactitud de un segundo.
3. Materiales Probetas de acero SAE 1045 y SAE 1010.
4. Procedimiento: Instalación de la probeta y escala adecuada: Para ello, necesitaremos poner en práctica el conocimiento adquirido en resistencia de los materiales, con el montaje.
Puesta a cero de equipos y accesorios: Como el pie de metro digital, el tensiómetro, entre otros. Pasado el punto de fluencia detener la maquina. A partir de la detención de la maquina, mover en forma manual el tambor, registrando como referencia de 5-10-15 segundos, para dejar indicada la carga en esos tres instantes: De esta forma podemos ver cómo se van formando las curvan en el papel.
Poner nuevamente en funcionamiento funcionamient o la maquina. Repetir 4 veces las operaciones hasta obtener las graficas, para las dos probetas.
Resultados SAE 1045
SAE1010
Medición (mm)
Medición (mm)
Medición
5 seg
10 seg
15 seg
Medición
5 seg.
10 seg.
15 seg.
1
42,7
42,6
37,55
1
29,9
28,9
27,85
2
43,2
43,1
38,1
2
30,3
29,2
28,05
3
43,7
43,5
38,55
3
30,7
29,55
28,9
4
45
44,5
39,5
4
32,1
30,9
29,8
Medición
Medición
(kg)
(kg)
Medición
5 seg.
10 seg.
15 seg.
Medición
5 seg.
10 seg.
15 seg.
1
1067,5
1065
938,75
1
747,5
722,5
696,25
2
1080
1077,5
952,5
2
757,5
730
701,25
3
1092,5
1087,5
963,75
3
767,5
738,75
722,5
4
1125
1112,5
987,5
4
802,5
772,5
745
Medición KPa medición
5 seg
10 seg
Medición KPa 15 seg
medición
5 seg
10 seg
15 seg
1
532825,711 531577,875 468562,188
1
373102,781 360624,427 347522,155
2
539064,887 537817,052 475425,283
2
378094,122 364367,933 350017,826
3
545304,064 542808,394 481040,542
3
383085,464 368735,357 360624,427
4
561525,924 555286,747 492894,978
4
400555,159 385581,135 371854,946
Gráficos SAE 1045
Kilógramos v/s Tiempo de Medición 1150 1100 s o m 1050 a r g o l i 1000 K
5 seg 10 seg
950
15 seg
900 0
1
2
3
4
5
Tiempo (sg)
Kilo pascales v/s Tiempo 580000 560000 540000
) a P 520000 k (
5 seg
500000
10 seg
480000
15 seg
460000 0
1
2
3
Tiempo (sg)
4
5
SAE 1010
Kilógramos v/s Tiempo de medición 820 800 o 780 m 760 a r g 740 ó l i K 720
5 seg 10 seg
700
15 seg
680 0
1
2
3
4
5
Tiempo (sg)
Kilo Pascales v/s Tiempo de medición
) a P k (
410000 400000 390000 380000 370000 360000 350000 340000
5 seg 10 seg 15 seg 0
1
2
3
Tiempo (sg)
4
5
Conclusión Podemos concluir que en la fase de deformación plástica en los metales, en este caso de las probetas de SAE 1045 y SAE 1010, son de suma importancia, ya que, con estas podemos realizar una serie de procesos de manufactura, dependiendo de lo que se desea obtener. En la industria a este tipo de ensayos, se les da una importancia mayor, ya que los resultados nos indicaran si es un metal adecuado o no, dependiendo su necesitad. La experiencia nos ayudo a conocer las curvas características de los metales, ya que por lo general solo se conoce, la curva de deformación, pero no de éste tipo.
Tercer Laboratorio de Conformado de metales
Ensayo de Buschinger
Mediante este laboratorio de Buschinger se busca conocer la resistencia a la deformación sobre el endurecimiento de un metal aplicando la teoría dislocacionista, en este caso de una probeta de un SAE 1045.
Introducción Con el conocimiento adquirido en la teoría, se busca conocer la resistencia a la deformación de un metal. El ensayo de bushinger busca la deformación de una muestra (SAE 1045) aplicándole un par de torsión, la deformación plástica alcanzable con este tipo de ensayo es mucho mayor que en los de tracción (estricción) o en los de compresión (aumento de sección) .Da información directamente del comportamiento a cortadura del material y la información de su comportamiento a tracción se puede deducir fácilmente. Los efectos de la aplicación de una carga de torsión a una barra producen una desplazamiento angular de la sección de un extremo respecto al otro y originan tensiones cortantes en cualquier sección de la barra perpendicular a su eje.
Realización del Ensayo 1. Objetivo:
Mostrar la influencia de la deformación, sobre el endurecimiento de un metal aplicando la teoría dislocacionista.
2. Maquinas e instrumentos:
Maquina de torcion manual “TECQUIPMENT”
Dinamómetro con precisión de 0.2 Nm “TECQUIPMENT”
Pie de metro “MITUTOYO” “ MITUTOYO” de 200 mm.
3. Materiales:
Probetas de bronce y acero SAE 1045
4. Procedimiento:
Controlar la longitud y diámetro de las probetas: Con la ayuda en equipo, se logra sincronizar el ensayo, y obtener buenos resultados, teniendo en cuenta las medidas iniciales.
Montar probetas, equilibrar la barra de torque y calibrar el dinamómetro a cero: Una vez realizado este paso, se puede iniciar el ensayo, antes no.
Inducir
deformaciones
angulares
a
la
probeta,
efectuando
mediciones del torque correspondiendo, cada 6 grados hasta los 150°.
Cambiar la ubicación del del dinamómetro dinamómetro y calibrar los instrumentos: instrumentos : Se debe realizar esto, para
ver la deformación elástica que se
produce con la probeta, ya que posterior a esto, vuelve la probeta a su estado inicial.
Finalmente repetir el procedimiento en sentido contrario y efectuar las mediciones correspondientes.
Resultados Antes debemos debemos tener en cuenta cuenta que: que: Esfuerzo cortante: =
∗
Momento de inercia polar: j = Deformación angular: γ =
π∗r 4 2
π∗ Φ ∗r 180 ∗l
radianes . con ; Φ= Angulo en radianes.
Datos iníciales: Diámetro: 10 mm Largo de la probeta: 80 mm Material de la probeta: acero SAE 1045
Datos obtenidos: Angulo (°) 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102 108 114 120 126 132 138 144 150
Torque 0 6,4 12,8 17,4 20 21,4 22,2 22,6 23 23,21 23,2 23,4 23,4 23,6 23,6 23,7 23,8 23,8 23,8 23,8 23,8 23,9 23,9 23,9 23,9 24
+
Torque 0 4,8 8,4 11,2 13,2 15 16 17 17,8 18,4 19 19,4 19,8 20 20,3 20,5 20,8 20,9 21 21,2 21,3 21,4 21,6 21,6 21,7 21,8
-
Φ radianes
T + [N/m^2]
T - [N/m^2]
γ
0 0,104719752 0,209439504 0,314159256 0,3 14159256 0,418879008 0,52359876 0,628318512 0,733038264 0,837758016 0,942477768 1,04719752 1,151917272 1,256637024 1,361356776 1,466076528 1,57079628 1, 57079628 1,675516032 1,780235784 1,884955536 1,989675288 2,09439504 2,199114792 2,303834544 2,408554296 2,513274048 2,6179938
0 32619775,74 65239551,48 88685015,29 101936799,2 109072375,1 113149847,1 115188583,1 117227319,1 118297655,5 118246687,1 119266055 119266055 120285423 120285423 120795107 121304791 121304791 121304791 121304791 121304791 121814475 121814475 121814475 121814475 122324159
0 24464831,8 42813455,7 57084607,5 67278287,5 76452599,4 81549439,3 86646279,3 90723751,3 93781855,2 96839959,2 98878695,2 100917431 101936799 103465851 104485219 106014271 106523955 107033639 108053007 108562691 109072375 110091743 110091743 110601427 111111111
0 0,00011418 0,00022837 0,00034255 0,00045674 0,00057092 0,00068511 0,00079929 0,00091347 0,00102766 0,00114184 0,00125603 0,00137021 0,0014844 0,00159858 0,00171276 0,00182695 0,00194113 0,00205532 0,0021695 0,00228369 0,00239787 0,00251206 0,00262624 0,00274042 0,00285461
Gráficos
Torques v/s Angulos 30 25 20 ) m 15 N (
torque +
10
torque 5 0 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Radianes
Conclusión Mediante el ensayo, podemos aprender cómo se deformó el metal, cual es su apariencia luego de ésta y posteriormente cual es su apariencia luego de tu ruptura. Este tipo de ensayo es de suma importancia para el manejo de las propiedades de los metales, ya que no todo metal tiene el mismo comportamiento frente a un ensayo como este.
Cuarto Laboratorio de Conformado de metales
Ensayo de Watts and Ford
El ensayo de watts and for for somete una probeta a la contracción estática gradual, mediante un tensómetro, cuyo principal objetivo es determinar la tensión de fluencia en compresión, con la defomacion.
Introducción El ensayo de Watts y Ford traba de un ensayo de compresión compresión estático, estático , sigue los mismos pasos que un ensayo de tracción, exceptuando que la fuerza es compresiva y la probeta se contrae a lo largo de la dirección de la fuerza. Por convención, una fuerza de compresión se considera negativa, y por lo tanto produce un esfuerzo negativo. Los ensayos de compresión se utilizan cuando se desea conocer el comportamiento del material bajo deformaciones permanentes grandes(o sea, plásticas), tal como ocurren en los procesos de conformación, o bien cuando se tiene un comportamiento frágil a tracción.
Realización del ensayo 1. Máquinas e instrumentos
Tensómetro tipo w, para 2 toneladas. Identadores y accesorios. Pie de metro digital. Aceite para la lubricación lubricación
2. Materiales
Lamina de aluminio dulce recocido de 4 mm de espesor.
3. Procedimiento:
– 4 veces el espesor de Emplear identadores de ancho b, iguales a 2 – 4 la lámina. Cortar la lamina a un ancho w, igual a 5 veces el ancho b de los identadores.
Montar los identadores y colocar el puente y la escala para la máxima capacidad del tensómetro. Colocar la probeta entre los identadores, bien lubricada, aplicándole una precarga para que la probeta se fije suavemente, colocando la columna de mercurio en acero. Aplicar a continuac continuación ión una carga de 200 kg. Descargar la maquina, retirar retirar la probeta y medir el espesor y ancho de la probeta con pie de metro electrónico en la identificación. Lubricar la probeta y volver a montarla en la misma posicion interior. Repetir la secuencia del punto 3,5 a 3,7 hasta aplicar que en este caso fue de 1600 kg.
Resultados Antes debemos tener en cuenta que: P: fuerza aplicada h: espesor w: largo S: tensión de fluencia plana e: deformación nominal E: deformación logarítmica
γ: tensión de fluencia en tensión Además: S=P/ (h*w)
e=1-(h/h0 ) E=ln(1/(1-e)) γ=S/1,115
P (kg)
h (mm)
w (mm)
S (kg/mm2)
e
1/(1-e)
E
γ (kg/mm2) 0 2,134649097 4,333375622 7,03639993 9,391126986 13,22532003 19,51789625 33,48105173
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
4,09 4,06 4,01 3,74 3,71 3,27 2,63 1,76
19,99 19,98 19,93 19,74 19,88 20,02 20,24 20,57
0 2,465519707 5,005048843 8,127041919 10,84675167 15,27524463 22,54317017 38,67061475
0 0,00733496 0,0195599 0,08557457 0,09290954 0,200489 0,35696822 0,56968215
1 1,00738916 1,01995012 1,09358289 1,10242588 1,25076453 1,55513308 2,32386364
0 0,007362 0,01975373 0,08945936 0,09751309 0,22375499 0,44156112 0,84323116
1600
1,09
20,89
70,26758776 0,73349633 3,75229358 1,32236727 60,83773832
Grafico
Tensión de fluencia plana v/s Deformación log 80 70 60 ) 2 50 m m 40 / g k ( 30
S (kg/mm^2)
20 10 0 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Logaritmos
Conclusión Podemos concluir mediante éste ensayo que mediante la deformación deformació n de la pieza de aluminio queda sin fracturas, esto es debido a que el aluminio es blando, lo que permite poder apreciar bien la compresión y deformación adquirida.
Gracias a este método podemos determinar el comportamiento de materiales bajo cargas aplastantes, cuyo valor es importante para la determinación de la dureza y tenasidad entre otras propiedades de los metales que son útil saber antes de la elección de un metal.
