Laboratorio de Resistencia de Materiales Presentado a: I.C. Carlos Hasbún Rayza Montes Cantillo, Mayra Ochoa Martínez, Leonardo Orozco Padilla, Habib Urina Fernández.
2013
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBE
Laboratorio de Resistencia de Materiales
LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES
PRESENTADO POR: RAYZA ISABEL MONTES CANTILLO MAYRA ALEJANDRA OCHOA MARTÍNEZ LEONARDO ANTONIO OROZCO PADILLA HABIB JOEL URINA FERNÁNDEZ
A: ING. CARLOS HASBÚN CÁCERES UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBE
UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA INDUSTRIAL 28 DE OCTUBRE DE 2013
Laboratorio de Resistencia de Materiales
LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES
PRESENTADO POR: RAYZA ISABEL MONTES CANTILLO MAYRA ALEJANDRA OCHOA MARTÍNEZ LEONARDO ANTONIO OROZCO PADILLA HABIB JOEL URINA FERNÁNDEZ
A: ING. CARLOS HASBÚN CÁCERES UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBE
UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA INDUSTRIAL 28 DE OCTUBRE DE 2013
Laboratorio de Resistencia de Materiales
ENSAYO DE FLEXIÓN Rayza Montes Cantillo
e-mail:
[email protected]
Mayra Ochoa Martínez
e-mail:
[email protected]
Leonardo Orozco Padilla
e-mail:
[email protected]
HabibUrina Fernández e-mail:
[email protected]
RESUMEN:Esta experiencia de laboratorio busca analizar las características de fractura por flexión en los metales y madera, esto mediante una probeta de sección circular a la que se le aplica una carga en el centro de su eje longitudinal. Es decir, pares de fuerzas perpendiculares a su eje longitudinal, ocasionando que se generen esfuerzos de tensión y de compresión en la viga. El desplazamiento vertical medido desde la posición inicial del eje hasta la posición posición deformada en cualquier punto de la viga se denomina deflexión. Con los resultados se busca establecer la relación entre carga y deflexión y deflexión y longitud.
PALABRAS CLAVES: Carga, deflexión, esfuerzo, fractura, longitud. ABSTRACT: ABSTRACT: This laboratory experience is to analyze the characteristics of bending fracture in metals, this through a circular section specimen to which a load is applied at the center of its longitudinal axis. Ie torques perpendicular to its longitudinal axis, causing it to generate tensile and compression beam. Vertical displacement measured from the initial position of the shaft to the deformed position at any point of the beam is called deflection. With the results we seek to establish the relationship between load and deflection and deflection and length. KEYWORDS: KEYWORDS: Load, deflection, strain, fracture length.
1. INTRODUCCIÓN Se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. Un caso típico son las vigas, las que están diseñadas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a
elementos estructurales superficiales como placas o láminas. Un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutral tal que
la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector. La mayoría de las estructuras y máquinas poseen miembros cuya función primaria es resistir las cargas que causan la flexión. El ensayo de flexión puede servir entonces como medio directo para evaluar el comportamiento bajo cargas flexionantes, particularmente para determinar los límites de la estabilidad estructural de las vigas.
2. OBJETIVOS
Conocer el funcionamiento y manejo de la máquina.
Utilizar adecuadamente el extensómetro y el vernier.
Estudiar las características de la fractura por flexión en los materiales dúctiles yfrágiles.
Determinar la relación entre carga y deflexión para los materiales ensayados.
Determinar la relación entre longitud y deflexión para los materiales ensayados.
Comparar los resultados materiales ensayados.
para
3. MATERIALES Y EQUIPOS
Máquina para ensayo de flexión.
los
Laboratorio de Resistencia de Materiales
Extensómetro.
Vernier.
Probetas.
Comparar los resultados obtenidos para los materiales ensayados.
Elaborar una gráfica de carga contra deflexión con los resultados obtenidos para los materiales ensayados en la parte A del procedimiento.
Elaborar una gráfica de longitud contra deflexión con los resultados obtenidos para los materiales ensayados en la parte B del procedimiento.
Determinar las características de la fractura por flexión para materiales dúctiles y frágiles.
4. PROCEDIMIENTO Parte A: Observación de la relación entre carga y deflexión
Medir las dimensiones de la probeta.
Colocar la probeta en los apoyos con un claro L de 600 mm.
Colocar el dispositivo de carga en el centro del claro.
Montar el extensómetro y calibrarlo.
Aplicar la carga de desde cero hasta 20 N con incrementos de 5N.
6. DESARROLLO Y CALCULO Diámetro de la probeta
Leer las deflexiones correspondientes a cada carga y registrarlas en la tabla 24.
Repetir el procedimiento para los otros materiales.
Distancia al centro de gravedad
Parte B: Observación de la relación entre deflexión y longitud del claro de la viga.
Disminuir la distancia entre apoyos de la viga a 500 mm.
Aplicar una carga de 10 N, leer y tabular la deflexión resultante para todos los materiales en la tabla 24.
Disminuir la distancia entre apoyos de la viga a 400 mm y repetir la experiencia.
Disminuir la distancia entre apoyos de la viga a 300 mm y repetir la experiencia.
5. EVALUACIÓN
Determinar el momento flector máximo de la viga, el esfuerzo por flexión máximo y el módulo de elasticidad para cada uno de los materiales ensayados. Registrar los datos en las tablas 25 y 26.
Hallamos el momento de inercia
Hallamos el momento flector máximo: por formula y por diagramas de flector y cortante. Por formula:
Para la
N
Laboratorio de Resistencia de Materiales
cortante 0,3m 0,3m
,
Para la Para la Por diagramas:Para la
2
Para la
5N
A 0,3 m
∑ ∑
B 0,3 m
,5 N
Flector
0,75
Para la
10N
A
B
0,3 m
0,3 m
∑ ∑ Cortante 0,3m 0,3m N
5
Laboratorio de Resistencia de Materiales 20 N Flector
1,5 A
B
0,3 m Para la
∑ ∑
15 N
A
B
0,3 m
0,3 m
0,3 m
∑ ∑
Cortante 0,3m 0,3m 1 0 N
Flector Cortante
3
0,3m ,
0,3m 7 ,5 N
Datos obtenidos a partir del ensayo: Flector
2,25 Tabla 24 MATERIAL
Para la
F(N) 5 10 15
BRONCE
ALUMINIO
ACERO
δ (mm)
δ (mm)
δ (mm)
0,889 1,9558 2,3876
0,8382 2,4384 4,1656
0,508 1,016 1,7018
Laboratorio de Resistencia de Materiales 20 L(mm) 300 400 500 600
3,6068 δ (mm) 0,2286 0,635 1,3716 2,1844
5,3086 δ (mm) 0,2032 0,889 1,8288 2,9464
2,2352 δ (mm) 0,0762 0,3048 0,5842 1,0414
Para ver los datos de la parte A (tabla 25) y B (tabla 26) por favor ir al documento de Excel que esta adjunto a este ensayo.
COMPARACIÓN ENSAYADOS:
MATERIALES
Al realizar la comparación lo que se observa en los datos obtenidos es: El momento flector y el esfuerzo cortante son los mismos para cada uno de los materiales con la misma fuerza aplicada, es decir en la fuerza de 5, 10, 14 y 20 N para cada material. Esto debido a que estos valores dependen de la fuerza, la longitud y el diámetro, y en este caso variable fueron las mismas. El módulo de elasticidad para los tres materiales nos muestra la resistencia que tienen a la deformación, por lo tanto se puede observar que el material más resistente es el aluminio ya que arroja el Eprommás alto y el material menos resistente a la flexión es el bronce.
GRÁFICAS Carga contra deflexión
Laboratorio de Resistencia de Materiales Longitud contra deflexión
LOS CALCULOS DETALLADOS DE LA PARTE A Y B SE ENCUENTRAS EN LA HOJA DE EXCEL Y ASI MISMO EL DE MADERA.
CARACTERÍSTICAS DE LA FRACTURA POR FLEXIÓN Los materiales dúctiles, que comprenden el acero estructural y muchas aleaciones de otros materiales, se caracterizan por su capacidad para fluir a temperaturas normales. Al someter la probeta a carga creciente, su longitud aumenta primero linealmente con la carga ya una tasa muy lenta. Sin embargo, después de que se alcanza un valor crítico del esfuerzo, la probeta sufre grandes deformaciones con un pequeño aumento de la carga aplicada. Esta deformación ocurre por deslizamiento del material en superficies oblicuas y se debe principalmente a esfuerzos cortantes. Los materiales frágiles como fundición, cristal y la piedra se caracterizan porque la ruptura ocurre sin que se presente antes un cambio importante en la tasa de alargamiento. Así, para materiales frágiles no hay diferencia entre resistencia última y resistencia a la ruptura. También, la deformación en el momento de la ruptura es mucho más pequeña para materiales frágiles que para materiales dúctiles. Se concluye que los esfuerzos normales son los principales causantes de la falla de los materiales quebradizos. Se supone que las pruebas de tensión se ejecutan a temperaturas normales. Sin embargo, un material dúctil a
Laboratorio de Resistencia de Materiales temperaturas normales puede presentar las características de un material frágil, a temperaturas muy bajas, mientras que un material normalmente frágil puede comportarse como dúctil a muy altas temperaturas. A temperaturas distintas de las normales uno debe referirse a materiales en estado dúctil o en estado frágil y no, a materiales dúctiles o frágiles.
Figur a 2
7. CONCLUSIONES Con el desarrollo del anterior ensayo de flexión se puede concluir:
El módulo elástico longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico. Siendo una constante independiente del esfuerzo, siempre que no exceda de un valor máximo denominado límite elástico.
Es importante de identificar las características de los materiales para saber qué tan dúctil o frágil son.
La relación entre carga y deflexión y longitud y deflexión de los materiales.
8. BIBLIOGRAFÍA Figura 1
-
-
-
HIBBELER, R.C. (2006). Mecánica de materiales. (6ta ed.)México: Pearson Education. TIMOSHENKO, Stephen P. (1974). Mecánica de Materiales, Unión Tipográfica. México: Editorial Hispano – Americana. BEER, F., JOHNSTON, R. (2004). Mecánica de materiales. (3ra ed.). Mc Graw Hill. HASBUN CARLOS. Guía de Laboratorio de Resistencia de Materiales. Experiencia Ensayo de Flexión en metales. Universidad Autónoma del Caribe.
Laboratorio de Resistencia de Materiales ENSAYO DE TRACCIÓN EN METALES Rayza Montes Cantillo
e-mail:
[email protected]
Mayra Ochoa Martínez e-mail:
[email protected]
Leonardo Orozco Padilla
e-mail:
[email protected]
HabibUrina Fernández
e-mail:
[email protected]
RESUMEN: Se dice queun cuerpo se encuentra sometido a tracción simple cuando sobre su sección transversal se aplican cargas normales uniformemente repartidas tendiendo a producir su alargamiento. Por las condiciones de ensayo, es posible inferir que el de tracción estática es el que mejor determina las propiedades mecánicas de los metales, o sea aquella que definen sus características de resistencia y deformabilidad. Permite obtener, bajo un estado simple de tensión, el límite de elasticidad o el que lo reemplace prácticamente, la carga máxima y la consiguiente resistencia estática. En los valores obtenidos se fijan los de las tensiones admisibles, mientras que el comportamiento del material sometido a otro tipo de solicitación es posible conocerlo mediante el empleo de medios e mpíricos. Cuando la probeta se encuentra bajo un esfuerzo estático de tracción simple, se estudia la relación que se produce entre la carga aplicada a medida que aumenta y las deformaciones que estas producen.
PALABRAS CLAVES: Deflexión, Fractura, Carga, Esfuerzo, Longitud. ABSTRACT:We say that a body is subjected to simple tension when on its cross section normal loads are applied uniformly distributed tending to produce its elongation. For the test conditions, it is possible to infer that the static traction is best determined by the mechanical properties of the metals, or one which defines its characteristics of strength and deformability. Let’s get under a
simple state of stress, the yield or replace it practically, the maximum load and the resulting static resistance. The values obtained are set of allowable stresses, while the material behavior under another type of solicitation is possible to know by using empirical means. When the specimen is under a simple tensile static stress, studies the relationship that occursbetween
the applied load and with increasing deformation they produce. KEYWORDS: Deflection, Fracture, Load, Strain, Length.
1. INTRODUCCIÓN La principal característica del ensayo de Tracción en mentales consiste en la aplicación de una fuera lenta y que someta a la probeta a su acción en sentido opuesto tendiendo a estirarla, permitiendo establecer propiedades tales como: su módulo es elasticidad, límite de fluencia, límite de proporcionalidad, límite elástico, punto de rotura, estricción, resiliencia, tenacidad, entre otras propiedades. En la actualidad encontramos muchos materiales sometidos a tracción, en especial los utilizados en la construcción tales como la roca, el hormigón, el acero, etc. Durante la prueba se aplica una fuerza que tira el material y tiende a estirarlo reduciendo su diámetro. Por lo general esta prueba se inicia con una longitud y área iniciales. Durante la prueba ocurre un estiramiento, estrangulamiento y por último se fractura. A partir de la curva esfuerzo-deformación se determinan las propiedades mecánicas del material; existen dos tipos de curvas: 1) curva esfuerzo-deformación de ingeniería que es la más utilizada para el diseño y se basa en las condiciones originales del espécimen. 2) curva esfuerzo-deformación verdadero que se utiliza para la manufactura y se basa en condiciones de cualquier instante. Para el desarrollo de nuestra experiencia basamos los cálculos respecto a la esfuerzo-deformación ingenieril.
2. OBEJTIVOS Objetivo General
Laboratorio de Resistencia de Materiales Aprender a determinar mediante el ensayo de tracción las propiedades mecánicas de los materiales que se derivan de este ensayo.
Vernier
Objetivos Específicos
Conocer el funcionamiento y manejo de la máquina para ensayos de tracción.
Utilizar correctamente el extensómetro y el vernier.
Determinar el módulo de elasticidad, límite de fluencia, resistencia a la tracción, porcentaje de alargamiento y porcentaje de reducción de área del material ensayado.
Determinar los tipos de fractura en diferentes materiales. Determinar la relación entre esfuerzo y deformación unitaria para los materiales ensayados.
Comparar las propiedades entre los diferentes materiales ensayados.
Figur a 2
Figur a 3
3. MATERIALES Y EQUIPOS
Máquina para pruebas de tracción
Figur a 1
Probetas
Extensómetro (comparador de carátula o deformímetro)
4. PROCEDIMIENTO
Medir en la probeta las dimensiones d0 y L0.
Llevar la máquina de ensayo de tracción hasta la posición inicial.
Montar la probeta en la máquina en ensayo de tracción.
Colocar el deformímetro,
Aplicar lentamente una fuerza de 1 KN y ajustar el deformímetro en cero.
Aplicar la carga lentamente.
Leer los valores para carga y deformación hasta la rotura de la probeta.
Eliminar la carga y retirar la probeta fracturada.
Medir en la probeta dimensiones du y Lu.
fracturada
las
Laboratorio de Resistencia de Materiales 5. EVALUACION
fusionan en una grieta en el centro de la muestra y se propaga hacia la superficie en dirección perpendicular a la tensión aplicada. Cuando se DATOS PARA EL ENSAYO DE acerca a la superficie, la grieta cambia su TRACCIÓN dirección a 45° con respecto al eje de tensión y MATERIAL ALUMINIO ACERO BRONCE COBRE resulta una fractura de cono y embudo. 77,4 L0 (mm) 2. Clasificar como dúctiles o frágiles los materiales 12,5 D0 (mm) según la fractura presentada. 122,71 A0 (mm) 85,4 LU (mm) R: De acuerdo al tipo de fractura, decimos que el 8 DU (mm) acero es una material dúctil. 50,26 A (mm) U
Tabla 1
1. Determinar las características de la fractura de cada material. R: De acuerdo a las características mencionadas a continuación podemos decir que en el acero se presento una fractura dúctil.
Elongación del material Deformación plástica permanente Reducción del área transversal Formación de cuello de botella en el área fracturada
Es importante tener en cuenta que la carga máxima y la carga de fractura no son iguales, esto se debe a que el material empieza a ceder hasta fracturarse después que se haya deformado plásticamente alcanzo su máximo valor de carga.
Los materiales dúctiles como el acero se caracterizan por fluir a temperaturas normales. Cuando se somete la probeta a carga creciente, su longitud aumenta primero linealmente con la carga y a una tasa muy lenta. Así, la porción inicial del diagrama esfuerzo – deformación es una línea recta con una pendiente pronunciada. Sin embargo, después de que se alcanza un valor crítico del esfuerzo, la probeta sufre grandes deformaciones con un pequeño aumento de la carga aplicada. Esta deformación ocurre por deslizamiento del material en superficies oblicuas y se debe principalmente a esfuerzos cortantes.
Una de las causas principales que originan este tipo de fracturas son las impurezas del material y las inclusiones por factores externos que este pueda tener, como los óxidos por ejemplo. La formación de la fractura se da de la siguiente manera: Comienza con la formación de un cuello y la formación de cavidades dentro de la zona de estrangulamiento. Luego las cavidades se
Figur a 5
3. Transformar las cargas en esfuerzos. Carga (N)
Área (mm^2)
Esfuerzo (Mpa) = σ/Ao
0
122,71
0
3500
122,71
28,5225328
6400
122,71
52,15548855
9600
122,71
78,23323283
12800
122,71
104,3109771
15300
122,71
124,6842148
20600
122,71
167,8754788
Laboratorio de Resistencia de Materiales 24800
122,71
202,1025181
167,875
31500
122,71
256,7027952
202,103
36200
122,71
295,0044821
256,703
43600
122,71
355,3092657
295,004
48200
122,71
392,7960231
355,309
50200
122,71
409,0946133
392,796
55700
122,71
453,9157363
409,095
60200
122,71
490,5875642
453,916
67800
122,71
552,5222068
490,588
68300
122,71
556,5968544
552,522
71400
122,71
581,8596691
556,597
63500
122,71
517,480238
581,860
59800
122,71
487,3278461
517,480
53400
122,71
435,1723576
487,328
50700
122,71
413,1692609
435,172
48600
122,71
396,0557412
413,169
Tabla 2
0,032 0,035 0,040 0,044 0,050 0,051 0,053 0,056 0,059 0,065 0,065 0,078 0,104 0,112 0,124 0,128 0,132
396,056
4. Transformar las deformaciones unitarias.
deformaciones
en
(mm) = = 0,1033 ԑ= 5. Construir el diagrama esfuerzo-deformación unitaria. Esfuerzo (Mpa)
Deformacionuni
0
0 0,006 0,007 0,009 0,011 0,012 0,013 0,014 0,015 0,015 0,019 0,022 0,026 0,028
2,445 4,890 9,779 12,224 17,114 22,003 24,448 26,893 28,523 52,155 78,233 104,311 124,684
Tabla 3
Esfuerzo VS Deformacion Unitaria 700 600 500 400 300 200 100 0 0
0.05
0.1
0.15
Gr áfi ca 1
6. Determinar el esfuerzo elástico, el esfuerzo de fluencia, el esfuerzo de tracción, el esfuerzo de rotura, el modulo de elasticidad, el porcentaje de alargamiento, porcentaje de estricción. %L: alargamiento porcentual
Laboratorio de Resistencia de Materiales
: Esfuerzo de fluencia
σ y
%A: Porcentaje de estricción
Lc: Longitu d calibrada
E: módulo d e elasticidad
: Esf uerzo d e tracc ión (máxim o)
σ t
6. CONCLUSIONES Al finalizar esta práctica logramos cumplir los objetivos trazados, pudimos determinar las propiedades mecánicas del material utilizado para la prueba que en este caso fue el acero 1020, además de esto logramos conocer el funcionamiento y manejo de la máquina para ensayos de tracción, aprendimos el uso de los materiales utilizados para llevar a cabo la práctica, determinamos las propiedades del material mediante el diagrama esfuerzo-deformación, y por su puesto pudimos determinar el tipo de fractura en el acero.
7. BIBLIOGRÁFIAS -
Mecánica de Materiales By R. C. Hibbeler http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/f pdb/recursos/r68070.PDF Ciencia e Ingeniería de los materiales- Donald R. Askeland. 4ed. Hasbún Cáceres, Carlos. Experiencia No. 1 Ensayo de Tracción en metalesGuía de Laboratorio ,Universidad Autónoma del
Caribe, Barranquilla,2010
: Esfuerzo de rotura
σ f
Laboratorio de Resistencia de Materiales
ENSAYO DE ESFUERZO CORTANTE EN JUNTAS REMACHADAS (TORNILLOS) Y JUNTAS SOLDADAS. Rayza Montes Cantillo e-mail:
[email protected]
Mayra Ochoa Martínez e-mail:
[email protected]
Leonardo Orozco Padilla
e-mail:
[email protected]
HabibUrina Fernández
e-mail:
[email protected] RESUMEN: La realización de esta experiencia tuvo como base el estudio del efecto que produce la aplicación de cargas paralelas a las sección transversal del elemento que une las placas utilizadas para el presente ensayo,lo que genera esfuerzos cortantes, teniendo en cuenta que se emplearon dos tipos de conexiones: tornillos o pernos y puntos de soldadura. Las cargas o fuerzas aplicadas a los pernos por medio de las barras son de igual magnitud pero en sentido contrario. Como resultado a la experiencia obtendremos algunas propiedades mecánicas de las conexiones que se emplearon y los cálculos de los esfuerzos cortantes correspondiente a cada tipo de unión.
PALABRAS CLAVES: Área transversal, Cortante, Esfuerzo ABSTRACT:The performance of this experiment was based on the study of the effect of the loads applied parallel to the cross section of joining the plates used for the present assay, which creates shear forces, taking into account that used two types of connection: screws or bolts and welds. Loads or forces applied to the pins via the bars are of equal magnitude but opposite direction. As a result of the experience we obtain some mechanical properties of the connections are used and the shear calculations for each type of joint.
fuerzas cortantes y a la magnitud P de su resultante es el cortante de la sección.
Figur a 1.
. Al dividir el cortante P entre el área A de la sección transversal, se obtiene el esfuerzo cortante representa do por la letra griega Ƭ.
KEY WORDS: Sectional area, Shear, Effort
1. INTRODUCCIÓN 1.1 ESFUERZO CORTANTE Es el esfuerzo producido cuando se aplican fuerzas transversales P y P’ a un elemento AB (fig. 1), estas fuerzas internas se conocen como
La consideración anterior se conoce como cortante simple. Sin embargo, pueden surgir diferentes condiciones de carga, como la que se muestra en la figura 2.
Laboratorio de Resistencia de Materiales
Figura 2.
1.3 PLACAS DE ACERO UNIDAS POR SOLDADURA. Se tomó una pieza formada por tres placas de acero unidas por puntos de soldadura y fue sometida a esfuerzo cortante mediante una máquina de ensayo universal con el propósito de calcular la resistencia del material al esfuerzo cortante.
Llegando a la conclusión de que el esfuerzo para la condición anterior es:
Figur a 4.
2. OBJETIVOS 1.2 PLACAS DE ACERO UNIDAS POR REMACHES (TORNILLOS). Se tomó una pieza formada por tres placas de acero unidas por cuatro tornillos, sometida a fuerzas cortantes mediante da máquina de ensayo universal a fin de observar el efecto que estas fuerzas tienen sobre las barras rectas y los remaches y calcular los esfuerzos cortante y de aplastamiento soportados por estos materiales.
Figur a 3.
Identificar cuando un material está sometido a esfuerzos cortantes.
Establecer diferencias de la acción de los esfuerzos cortantes considerando la conexión con pernos y la unión con soldadura.
Determinar la resistencia al cortante de los materiales ensayados.
Identificar cuando un material está sometido a esfuerzos de aplastamiento y a efectos del mismo.
3. MATERIALES Y EQUIPOS Máquina
de ensayo Universal.
Muestras
de Materiales.
Calibrador
Vernier o Pie de Rey.
4. PROCEDIMIENTO Para realizar ensayos en la máquina Universal de ensayos. 1) Calibración y sujeción de probeta, pasos: a. Tomar las dimensiones iníciales de las probetas: Longitud, área transversal, etc. Y trasladar los datos a las tablas respectivas. Si es
Laboratorio de Resistencia de Materiales necesario haga esquemas para ilustrar las dimensiones relevantes. b. Con la máquina encendida (previamente se debe calentar la máquina), pero en reposo, colocar la probeta en la máquina verificando su alineación con las mordazas y posición adecuada de mordazas y probeta. c.Asegúrese que la cruceta móvil, fija y marco de carga se encuentren en posición, al igual que el rango de carga. d. Coloque en posición el botón de encendido general (manecilla negra) panel eléctrico. e. Presionar botón de marcha (Star), con lo que el led verde encenderá. f. Calibrar a cero los captadores. g. Abrir la válvula de avance de velocidad. h. Al finalizar la prueba, presionar el pulsador de paro rápido (stop) y detener la máquina.
5. RESULTADOS Tabla 1.
ELEMENTO Tornillo (1)
DIMENSIONES ¼ in
Soldadura (2)
¼ in
F 27,2 KN 30,65 KN
Ƭ= F/A
858 MPa 826 MPa
Nota: se tuvo la consideración de que el punto de soldadura tiene la misma dimensión que el tornillo en su área transversal.
Se observó el comportamiento de las platinas luego de que la maquina le aplicara una fuerza gradualmente alrededor de 10 minutos hasta que los pernos y la soldadura fallaran, debido al cortante que soportaban. En la tabla 1 se encuentran los datos correspondientes al ensayo, como las dimensiones (diámetros) de los tornillos y los puntos de soldadura, la fuerza aplicada a la
que fallaron. Con todo lo anterior se pudo calcular las áreas transversales de los elementos y su respectivo esfuerzo cortante. Lo que es importante rescatar luego del ensayo es que la soldadura fue más resistente al cortante con una fuerza de rotura de 30,65 KN; al contrario de los pernos que resistieron hasta una fuerza de 27,2 KN estas características son importantes a la hora de escoger el material y las dimensiones para un elemento de máquina.
6. CUESTIONARIO 6.1 Mencione tres partes de un equipo donde se den fuerzas cortantes y otras tres donde se den fuerzas de apoyo. Los esfuerzos cortantes, se ven principalmente en los engranajes de las transmisiones de los automóviles y en máquinas que utilizan pernos o soldadura para ajustar ciertas partes. También, en las vigas empotradas en voladizo, sometidas a cargas, generan esfuerzos cortantes, debido a que las fuerzas externas a las que se someten alrededor del eje longitudinal producen esfuerzos de corte en dicha estructura. En una palanca se experimentan fuerzas de apoyo, pues si no se considera el peso de la barra, esta será siempre igual y opuesta a la suma de las demás fuerzas que actúan sobre la palanca, con el objetivo de mantenerla sin desplazarse del punto de apoyo, sobre el que rota libremente.
6.2 Indique la importancia de conocer los esfuerzos provocados por estas condiciones sobre las piezas mencionadas anteriormente. La importancia de realizar los diferentes tipos de ensayos y de esta manera conocer los esfuerzos producidos en una pieza determinada radica en la selección adecuada del material para que su desempeño sea optimo dentro de la máquina que se utiliza, obteniendo así una mayor eficiencia y eficacia en la ejecución de la actividad de la maquina logrando así una alta confiabilidad teniendo en cuenta las propiedades mecánicas que aseguraron la buena selección del material. Además permite determinar las dimensiones requeridas para el esfuerzo a soportar, información fundamental a la hora de diseñar.
6.3 ¿Qué fenómenos que ponen en peligro la máquina o dispositivo se produce en piezas solicitadas de esta forma?
Laboratorio de Resistencia de Materiales Aspectos no deseables, como sobrecarga del material, o un aumento no tolerable de la temperatura, causan fallas graves a la resistencia, ya que se están alterando las condiciones óptimas de trabajo para la cual el material fue cuidadosamente escogido.
6.4 Mencione algunas formas de saber si una pieza podría fallar (o detectar la falla antes de que hayan consecuencias serias) En primer lugar, podemos detectar las fallas, sometiendo el material a ensayos como los realizados en el laboratorio, sometiéndolo a cargas en cortante, calculando todas las propiedades de este, para conocer cuál es el máximo esfuerzo que puede soportar. Además, se puede hacer una revisión al acabado de la pieza que se va a utilizar, fijándonos bien que no exista ningún tipo de defecto o deformaciones que son signos que muestran el efecto de las cargas sobre estas.
7. CONCLUSIONES Al finalizar esta práctica logramos cumplir los objetivos trazados, identificamos que tipo de unión y/o material es más resistente al esfuerzo cortante; además se logró observar gradualmente como es el efecto del cortante sobre un elemento, de la misma manera se encontró el valor del esfuerzo cortante teórico. Y por último se alcanzó a comprender la importancia de estos conceptos a la hora de seleccionar un material para hacer el diseño de algún elemento de máquina, estructura o equipo.
8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Hasbún Cáceres, Carlos. Experiencia No. 9 Esfuerzo Cortante Guía de Laboratorio
,Universidad Autónoma Barranquilla,2010
del
Caribe,
BEER, Ferdinand. JOHNSTON, Russell. DEWOLF, John. MAZUREK, David. Mecánica de Materiales. Quinta edición cap. 1 pág. 9-11
Laboratorio de Resistencia de Materiales
ENSAYO DE IMPACTO EN METALES Rayza Montes Cantillo
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Mayra Ochoa Martínez e-mail:
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Leonardo Orozco Padilla
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HabibUrina Fernández
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[email protected] RESUMEN: Este ensayo consiste en percibir la ruptura de una probeta mediante el impacto con un péndulo al observar el cambio de dimensiones que se presenta. El péndulo inicialmente se encuentra sostenido en la parte superior, al realizarse la experiencia debemos determinar las distintas alturas que se presentan.
En esta experiencia se utilizara la PRUEBA CHARPY . Con los resultados arrojados por la maquina se analiza algunas propiedades mecánicas de los materiales como la tenacidad y a que se debe la variación de esta, diferenciar los diferentes tipos de fractura y conocer cómo se llevan a cabo las realización de las pruebas de mpacto.
Figur a 2
Palabras claves: Impacto, metales, frágil, dúctil, péndulo, energía, probeta, ángulo. ABSTRACT: This test consists in perceiving the rupture of a specimen by impact with a pendulum by observing the change in dimensions is presented. Initially the pendulum is supported at the top at the experiment was performed to determine the different heights should they arise. This experience was used CHARPY TEST. With the results produced by the machine is analyzed some mechanical properties of materials and the tenacity and to be the change in this, differentiate the different types of fractures and know how to carry out the implementation of impact tests. Key Words: Impact, metals, brittle, ductile, pendulum, energy, test tube, angle.
Figura 1
Figur a 3
Laboratorio de Resistencia de Materiales Figura 4
1. INTRODUCCION Las propiedades mecánicas de los materiales son valores deducidos del ensayo de muestras, o valores calculados a partir de los resultados del ensayo. En muchas operaciones de manufactura, así como de la vida de servicio de los componentes los materiales están sujetos a cargas por impacto (o cargas dinámicas). Un ensayo de impacto típico consiste en colocar un espécimen con muesca en un probador de impacto, y romperlo con un péndulo en oscilación. Las pruebas más empleadas son Charpy e Izod, donde la probeta es sujeta en ambos extremos para la primera, y soportado solo en un extremos para la realización de la segunda prueba, estas son particularmente útiles en la determinación de la temperatura de transición dúctil frágil de los materiales.
2. OBJETIVOS Objetivos Generales •
Determinar la capacidad de un material para absorber energía antes de fracturarse bajo la acción de una carga de impacto.
Objetivos Específicos •
Bajar lentamente el péndulo y asegurarse de que el plano de simetría de la probeta coincida con el plano de oscilación del péndulo.
Llevar el péndulo nuevamente a la posición inicial. PARA EVITAR ACCIDENTES ASEGURESE DE QUE NADIE INTERFIERA EN LA TRAYECTORIA DEL PENDULO. Liberar el péndulo. Tomar la lectura del ángulo final y de la energía absorbida. Repetir el procedimiento para las otras probetas.
5. EVALUACION 1. Calcular la energía absorbida (E) por cada probeta. Probeta de aluminio
Probeta de acero
2. Calcular la energía absorbida por unidad de área para cada una de las probetas. Tabla 1. Datos para Charpy
Conocer el funcionamiento y manejo de la
MATERIAL
máquina para ensayos de impacto. •
Determinar cómo influye la temperatura en la tenacidad de los materiales.
•
Diferenciar la fractura de materiales frágiles y dúctiles.
•
Conocer las diferentes pruebas de impacto.
DATOS a(mm) b(mm)
Aluminio
Acero
α2
4 6 150
4,1 5,9 21
E(J)
39
214,5
3. MATERIALES Y EQUIPOS •
Probador de impacto.
•
Probetas Charpy con entalla “V” de alumin io y
acero.
Tabla 2. Resultados Charpy
4. PROCEDIMIENTO
RESULTADOS Subir el brazo de la maquina a la posición de A (mm ) máxima altura y fijarlo con el gancho de H1(mm) seguridad. Colocar la probeta en los apoyos de la H2(mm) máquina de tal modo que reciba el impacto del H3(mm) péndulo sobre la cara opuesta a l a entalladura.
MATERIAL Aluminio
Acero
91,5
30,07
1456,22065
1456,22065
1396,72001
49,7150508
59,5006391
1406,5056
Laboratorio de Resistencia de Materiales E(J)
19,271662
455,5531
E/A (J/mm )
0,21061926
15,1497539
( ) () Para la probeta de aluminio
() ( ) Para la probeta de acero
() ( )
Probeta ACERO: La fractura que se observa es de tipo dúctil, pues pese a que la probeta no sufrió una fractura total, si se puede observar la deformación plástica del material y la forma en cómo la fuerza no fue lo suficientemente grande para llegar a la fractura total. Probeta ALUMINIO: La fractura que se observa es de tipo dúctil, ya que se puede observar en la sección longitudinal de la probeta la deformación plástica que se presentó antes de la fractura.
5. Dibujar la forma de la fractura típica de un material dúctil y de un material frágil. Diferenciar entre las características de cada una.
FRACTURA DÚCTIL La figura #1 muestra esquemáticamente tres perfiles macroscópicos de fracturas dúctiles por tensión axial. En mono cristales de metales con estructura cristalina hexagonal (HCP Hexagonal Close-Packed) tales como Ti o Zn, se produce deslizamiento en planos basales hasta la separación del cristal por cizalladora (Figura #1 (a)). La configuración mostrada en la b) se encuentra en metales muy blandos tales como oro y plomo a temperatura ambiente, y en otros metales, polímeros y vidrios inorgánicos a temperaturas elevadas. En estas situaciones los materiales se comportan de manera muy dúctil y rompen cuando la estricción se reduce prácticamente a un punto, presentando una fuerte reducción de área. Pero el tipo más común de perfil de fractura a tracción en los materiales dúctiles es el representado en la c), en la cual la fractura precedida por sólo una cantidad de moderada de estricción.
3. Determinar cuál material absorbe más energía por unidad de área y cómo afecta el porcentaje de carbono a la tenacidad. De acuerdo a los datos proporcionados por la Tabla observamos que el material que absorbe más energía por unidad de área es el aluminio, siendo este también el que presenta mayor tenacidad (capacidad para absorber energía sin romperse), se ve entonces que el porcentaje de Carbono en un material disminuye la tenacidad del mismo, ello se observa en los valores registrados tanto para el aluminio como para el acero (aleación de carbono), siendo este último el que posee menor tenacidad. 4. Analizar la fractura de cada probeta y determine las características de cada una.
Figura # 1 . Tipos de fracturas en metales dúctiles.
Cizalladura en mono cristales b) Totalmente dúctil en poli cristales c) Relativamente dúctil en poli cristales El proceso de la fractura dúctil que tiene lugar en la mayoría de las aleaciones metálicas y en
Laboratorio de Resistencia de Materiales muchos plásticos tecnológicos ocurre normalmente en varias etapas, tal y como se esquematiza en la figura #2. En primer lugar, después de iniciarse la estricción (si se trata de un ensayo de tracción), se forman pequeñas cavidades o micro cavidades, en el interior de la sección Figura #2 a), el origen d e estas superficies libres suele estar en una inclusión o bien en una partícula de segunda fase, las cuales sufren una descohesión con respecto a la fase matriz. En otros casos, especialmente si las partículas o inclusiones son grandes, estas se microfisuran, dando ligar también a la formación de micro cavidades. A medida que la deformación aumenta, estas micro cavidades alrededor de las partículas se hacen mayores, se unen y coalescen para formar una grieta con su plano perpendicular a la dirección de la fuerza aplicada. La grieta continua creciendo mediante este proceso de coalescencia de micro cavidades b). En materiales cuyas inclusiones o segundas fases están fuertemente unidas a la matriz, la nucleación de las cavidades es el punto crítico y la fractura ocurre pronto una vez han sido nucleadas. Por el contario, cuando la nucleación de más micro cavidades es fácil, son el crecimiento y coalescencia de las mismas los factores que controlan las propiedades de fractura del material. En la última etapa la grieta provoca bandas de deformación de 450 del eje de tracción, ángulo en el cual la tensión de cizalladura es máxima y, finalmente se produce la fractura por la rápida propagación de la grieta alrededor del perímetro exterior de la estricción c). Una fractura que tiene este contorno se suele denominar fractura copa-cono, debido a que una de las superficies tiene la forma de una copa y la otra de un cono truncado. En este tipo de fractura la región interior central de la superficie tiene un aspecto fibroso e irregular, lo cual es un indicio de la deformación plástica que ha tenido lugar
Figura #2.
deformación plástica. Este tipo de fractura se presenta principalmente en aquellos materiales no cristalinos, en presencia de temperaturas muy bajas (cuando las temperaturas son muy bajas no existe ningún movimiento atómico, esto evita que se presente una deformación plástica) y en la aplicación de esfuerzos muy elevados. La forma en la que se presente una fractura frágil se puede definir en dos pasos : 1. Inicio de la fractura a nivel intragranular. 2. Propagación de la fractura. Para iniciar una fractura a nivel intragranular, es necesario desarrollar un esfuerzo normal en un área determinada de un par de planos cristalinos, este esfuerzo debe ser mayor a la resistencia de adhesión de los planos. Diferentes teorías muestran que el esfuerzo que se requiere es mayor a 106 psi en el caso de que no se presenta ninguna concentración de esfuerzos en el material. En algunos casos este esfuerzo se puede generar mediante la presencia de una deformación plástica Clivaje es el término derivado del anglosajón fractura frágil. Es la principal de los fallos catastróficos de máquinas y estructuras, por la alta velocidad de propagación de la grieta. La importancia del concepto de fractura frágil está avalada por su principal característica: baja o nula absorción de energía en la fractura y en consecuencia alta velocidad de crecimiento de grieta. Esto significa un alto riesgo de fractura súbita, o accidente, de los materiales caracterizados por estas fracturas. La naturaleza del clivaje responde a una fractura superficial compuesta por planos, muy pulidas como lo indica la Figura#3.
Etapas en un proceso de fractura
dúctil.
a) Formación de micro cavidades b) Coalescencia c) Rotura final
FRACTURA FRAGIL Una fractura frágil, es aquella que ocurre antes o durante el momento que el que se presenta una
Figur a #3 . Apariencia granular de fractura frágil.
La grieta es esencialmente plana y se desarrolla próximo a la normal del eje de la tensión solicitante, pero cambia su orientación ligeramente cuando cruza una frontera de grano por la diferente orientación de los granos adyacentes y
Laboratorio de Resistencia de Materiales por los planos cristalinos fáciles seguidos por las grietas. La tenacidad es el parámetro que separa los materiales, o sus estados, que se fracturan por fluencia o clivaje. Entre los ensayos clásicos que pueden medir la tenacidad esté en ensayo de resiliencia. De forma general se encuadran como materiales o procesos de relativa baja tenacidad los siguientes: a) Cerámicos b)Aleaciones con compuestos inter metálicos o semimetálicos c) Precipitados de segundas fases, en bordes de grano. d) Aleaciones tamaño de grano grueso e) Tratamientos de deformación plástica f)Tratamientos térmicos de endurecimiento: transformación martensitica y envejecimiento g) Tratamientos térmicos fragilizantes, como revenidos a temperatura media. h) Deposiciones superficiales cerámicas. La respuesta frágil de un material puede ser inducida por ciertas condiciones del servicio. Entre las más importantes se encuentra: velocidad de aplicación de los esfuerzos, temperatura del ensayo, triaxialidad de tensiones. NOTA: La diferencia entre las fractura dúctil y la fractura frágil radica en que en la primera el material fluye o se “estira” antes de romperse, y en
la segunda el material sufre fractura debido a si poco límite de fluencia, es decir la falla ocurre de manera súbita. 6. Describir brevemente los tipos de ensayos de impactos más utilizados. Los ensayos de impacto se utilizan para la determinación del comportamiento de un material a velocidades de deformación más altas. Los Péndulos clásicos determinan la energía absorbida en el impacto por una probeta estandarizada, midiendo la altura de elevación del martillo del Péndulo tras el impacto. Generalmente se pueden aplicar varios métodos de ensayo: -1, ASTM D 6110) Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508) y 'unnotched cantilever beam impact' (ASTM D 4812) impacto (ISO 8256 und ASTM D 1822) Dentro de la norma ISO 10350-1 para valores característicos de punto único, el método de ensayo preferido es Charpy acorde a ISO 179-1, Para ello, el ensayo se realiza en probetas no entalladas con impacto en el canto (1eU). Si la probeta no se rompe en esta configuración, el ensayo se realizará con probetas entalladas,
aunque en este caso, los resultados no son directamente comparables. De no producirse la rotura de la probeta, se empleará el método de tracción por impacto. Dentro de las normas ASTM, el método Izod acorde a ASTM D 256 es el más corriente. En él se emplean siempre probetas entalladas. Un método de aplicación menos común es el "unnotchedcantileverbeamimpact" descrito en la norma ASTM D 4812. Este método es parecido al procedimiento Izod, pero con probetas no entalladas. En el caso de que sólo se pueden producir probetas pequeñas, se puede proceder por el método "Chip-impact" acorde a ASTM D 4508. El procedimiento Charpytiene una amplia gama de aplicación y es el más adecuado para el ensayo de materiales que presentan rotura por cizallamiento interlaminar o efectos de superficie. Además, el método Charpy ofrece ventajas en los ensayos con temperaturas bajas, ya que los asientos de la probeta se encuentran más alejados de la entalladura, evitando así una rápida transmisión de calor a las partes críticas de la probeta.
FLEXION POR CHOQUE DE BARRAS EMPOTRADAS (METODO IZOD) En el método Izod la probeta se coloca en voladizo y en posición vertical, siendo asegurada por la mesa de apoyo de modo tal que la entalladura quede en el plano de las mordazas; en estas condiciones el extremo del martillo golpea al material a 22 mm de las mismas, como indica la figura pudiendo realizarse más de un ensayo sobre la misma probeta, cuando se emplean las del tipo b de la figura 8, la que también puede construirse de sección circular, que presenta la ventaja de que permite determinar la energía de rotura sobre caras o generatrices opuestas y a diferentes profundidades de la muestra. La probeta standard Izod es la indicada en la figura 8, pudiéndose emplear la redonda de la figura 9, que da resultados similares y, por lo tanto, comparables con los obtenidos con la normal, presentando la ventaja sobre ésta de su mayor facilidad de maquinado. En estas pruebas, los valores de ensayos se dan directamente por la energía de Impacto en kgfm o Joule, no siendo recomendable su uso para temperaturas distintas de la ambiente. 7. Describir los tipos de probetas utilizados en los ensayos de impacto. Diferenciar entre las características de una. ENSAYO CHARPY: Utiliza probetas ensayadas (estado triaxial de tensiones) y velocidades de deformación de 4,5 a 7m/s, entorno recomendado por las normas el de 5 a 5,5m/s.
Laboratorio de Resistencia de Materiales Las probetas se colocan, como muestra la figura, simplemente apoyada sobre la mesa de máquina y en forma tal que la entalladura se encuentra del lado opuesto al que va a recibir el impacto. En la misma figura se puede observar la correcta posición del material como así también la forma y dimensiones de los apoyos y de la pena del martillo pendular. ENSAYO IZOD: La probeta se coloca en voladizo y en posición vertical, siendo asegurada por la mesa de apoyo de modo tal que la entalladura quede en el plano de las mordazas; en estas condiciones el extremo del martillo golpea al material a 22 mm de las mismas, de sección cuadrada de 10 x 10 de longitud 130 mm con entallas de 2 mm de profundidad por 45°.
Para satisfacer estas tres últimas condiciones las máquinas presentan calibres de control. Los péndulos standard utilizados tendrán alcances máximos de 300 ± 10 Joule para el ensayo Charpy y de 162,3 ± 3,4 Joule para el Izod, con un error permitido de has ta ± 0,5%.
El valor de energía absorbida resultará siempre del promedio de tres determinaciones como mínimo y, en el caso de ensayos a temperaturas distintas de la ambiente, se deberá calentar o enfriar a las probetas simultáneamente.
8. Enunciar las condiciones que deben tener las máquinas y las probetas para poder obtener propiedades que se puedan certificar Los ensayos de impacto se utilizan para la determinación del comportamiento de un material a velocidades de deformación más altas. Los Péndulos clásicos determinan la energía absorbida en el impacto por una probeta estandarizada, midiendo la altura de elevación del martillo del Péndulo tras el impacto. Generalmente se pueden aplicar varios métodos de ensayo: - Charpy (ISO 179-1, ASTM D 6110) - Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508) y 'unnotched cantilever beam impact' (ASTM D 4812) - Ensayo tracción por impacto (ISO 8256 und ASTM D 1822) - Dynstat ensayo flexión por impacto (DIN 53435) Dentro de la norma ISO 10350-1 para valores característicos de punto único, el método de ensayo preferido es Charpy acorde a ISO 179-1, Para ello, el ensayo se realiza en probetas no entalladas con impacto en el canto (1eU). Si la probeta no se rompe en esta configuración, el ensayo se realizará con probetas entalladas, aunque en este caso, los resultados no son directamente comparables. De no producirse la rotura de la probeta, se empleará el método de tracción por impacto. Dentro de las normas ASTM, el método Izod acorde a ASTM D 256 es el más corriente. En él se emplean siempre probetas entalladas. Un método de aplicación menos común es el "unnotchedcantileverbeamimpact" descrito en la norma ASTM D 4812. Este método es parecido al procedimiento Izod, pero con probetas no entalladas. En el caso de que sólo se pueden p roducir probetas.
La arista del martillo Charpy deberá entrar en contacto simultáneo con todo el ancho de la cara de la probeta opuesta a la entalladura.
Los valores de la velocidad, energía de impacto, temperatura de ensayo y tipo de probeta utilizada, deberán consignarse al comienzo del informe sobre la- experiencia realizada.
6. CONCLUSIONES Hemos visto en los resultados de los ensayos de impacto que pudimos determinar ciertas características específicas de los materiales que fueron sometidos a las pruebas, de éstas obtuvimos la cantidad de energía que puede absorber el material debido su composición intermolecular. Los datos arrojaron que el material que más capacidad tiene de absorber energía es el aluminio aún más que el acero ya que este último es compuesto en cierto porcentaje por el elemento carbono el cual mejora la resistencia a la tracción del material pero incrementa el índice de fragilidad y disminuye la ductilidad lo cual lo hace menos pto para las estructuras que estarán sometidas a este tipo de cargas (impacto).
7. BIBLIOGRAFÍA -
Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Donald Askeland. 4ed. Mecánica de Materiales. By R. C. Hibbeler. Hasbún Carlos. Guía para laboratorio de Resistencia de Materiales Ensayo de Flexión por Impacto. Universidad Autónoma del Caribe.
Laboratorio de Resistencia de Materiales
ENSAYO DE DUREZABRINELL Rayza Montes Cantillo
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Mayra Ochoa Martínez e-mail:
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Leonardo Orozco Padilla
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HabibUrina Fernández
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RESUMEN: La presente experiencia se centra en el estudio de la dureza Brinell del acero 1020, la cual es una propiedad mecánica de los materiales de oponerse a alteraciones como la penetración, abrasión, rayado u otras deformaciones permanentes. Cabe resalta que durante la práctica se utilizaron otros dos tipos de pruebas o ensayos para determinar la dureza del acero 1020, ensayo de dureza Rockwell y ensayo de dureza Vickers. Como resultado obtendremos la medida de la propiedad mecánica en mención para el material a ensayar.
PALABRAS indentador.
CLAVES:
Dureza,
grabado por el penetrador y el diámetro de la huella impresa en la pieza de prueba. Hay una mayor ampliación en este método en la página 6 del marco teórico. Los métodos existentes para la medición de la dureza se distinguenbásicamente por la forma de la herramienta empleada (penetrador), por lascondiciones de aplicación de la carga y por la propia forma de calcular (definir) la dureza. La elección del método para determinar la durezadepende de factores tales como tipo, dimensiones de la muestra y espesor de la misma.
Brinell,
ABSTRACT:Thisexperiencefocuses onthe study ofthe Brinell hardness of1020 steel, which is a mechanical propertyof the materialto resistthe penetrationchanges, scuffing, scoringor otherpermanent deformation.Ithighlights thatwere usedduring practicetwotypesof tests or trialsto determinethe hardness of1020 steel, Rockwellhardness testandVickershardness test. Obtainmeasurementresultsofthe mechanical propertyin questiontothetest material KEYWORDS: Hardness, Brinell, indenter.
1. INTRODUCCIÓN En el ensayo de dureza Brinell una bola penetradora de cierto diámetro D, es presionada a la superficie de la pieza de prueba, usando una presión pre-estipulada F, y el diámetro de la penetración en el material (d) es medida después que la fuerza ha sido removida. El tiempo de la aplicación inicial de la fuerza varia de 2 a 8 segundos, y el ensayo de fuerza es mantenido por 10 a 15 segundos. El número de la dureza Brinell se obtiene de dividir la fuerza del Test por el área del c asquete esférico
2. OBJETIVOS Objetivo General Medir la dureza de los materiales empleando el ensayo de dureza Brinell.
Objetivos Específicos
Conocer el funcionamiento y manejo de la máquina para ensayos de Dureza Brinell. Identificar otros métodos para medir dureza. Conocer las ventajas y limitaciones de cada método. Seleccionar el método adecuada para medir la dureza según el tipo de material.
3. MATERIALES Y EQUIPOS
Máquina universal de ensayos
Laboratorio de Resistencia de Materiales
√ De igual manera durante la prueba se obtuvieron los siguientes valores para dureza Rockwell y Vickers. El material utilizado fue la misma probeta de acero 1020 pero con una carga P de 100 Kg. DurezaRockwell:
87,6 HRB
86,9 HRB
88,1
HRB.
Dureza Vickers:
Probetas de diferentes materiales Lente graduado Penetrador de acero
2. Comparar los resultados de los materiales ensayados.
4. PROCEDIMIENTO
116, 2 HV
Figu ra 1
Subir el tornillo en el cilindro de presión Montar la unidad de prueba Brinell Montar el plato inferior presión Colocar la pieza de prueba en el dispositivo inferior Aumentar la presión lentamente Mantener la carga aplicada durante 10 segundos Retirar la carga Medir el diámetro de la indentación en dos direcciones perpendiculares.
5. EVALUACIÓN 1. Hallar el número de Dureza Brinell para cada material.
Datos para la obtención de la Dureza Brinell Probeta de acero 1020 Fuerza D d1 d2 Fórmula
187,5 Kg 2,5 mm 1,2780mm 1,2780mm
En este caso no podemos establecer ninguna comparación puesto que el único material ensayado fue el acero 1020. 3. Explique los factores que afectan la dureza de un material. Dentro de los factores que afectan la dureza de una material, encontramos principalmente:
Las alteraciones en la velocidad de la máquina Uso de una máquina sucia o desgastada Cambios en la distribución del tamaño de partícula del granulado que altera el llenado de las matrices
4. ¿Qué condiciones deben cumplir las maquinas y las probetas para que la prueba arroje propiedades mecánicas certificables internacionalmente? En cuanto a los equipos es necesario cumplir con los requisitos planteados en la norma ISO 17025 que plantea los requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración. También hay que tener en cuenta para obtener propiedades mecánicas certificables la norma NTC 3 para ensayo Brinell, la NTC 19 para ensayos Rockwell y las NTC 3922, 3923 y 3960 para ensayos Vickers. En relación al material de la probeta la norma ASTM A370 brinda los métodos de prueba estándar y definiciones para pruebas mecanizas de los productos de acero.
Laboratorio de Resistencia de Materiales 5. Qué limitaciones tiene el ensayo de dureza Brinell? El ensayo de Dureza Brinell adolece de algunas limitaciones:
No puede hacerse sobre materiales muy duros o muy blandos No es válido para probetas delgadas. Es recomendable que el espesor del material sea, al menos, diez veces la profundidad de la huella. En las normas se especifican las durezas mínimas para las que son validas las pruebas sobre probetas delgadas No es apta para superficies endurecidas superficialmente Debe efectuarse en puntos suficientemente alejados de los bordes para evitar los efectos de estos En piezas acabadas la huella puede ser indeseable Puede que el contorno de la huella no quede siempre bien definido, o sea difícil de observarlo en materiales de ciertos colores.
6. CONCLUSIONES Al finalizar esta práctica, logramos alcanzar los objetivos trazados. Mediante la máquina universal de ensayos y el aprendizaje de su funcionamiento y manejo fue posible medir la dureza del acero empleando el ensayo Brinell. Conocimos las ventajas y limitaciones de medir la dureza mediante el método estático de ensayo.
7. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA -
Materiales y procesos de fabricación.By E. Paul DeGarmo, J. Temple Black, Ronald A. Kohser.
-
HASBÚN CARLOS. Guía de laboratorio de Resistencia de materiales. Ensayo de Dureza Brinell. Universidad Autónoma del Caribe.
Laboratorio de Resistencia de Materiales
ENSAYO DE COMPRENSIÓN EN CONCRETO Rayza Montes Cantillo
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Mayra Ochoa Martínez e-mail:
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Leonardo Orozco Padilla
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HabibUrina Fernández
e-mail:
[email protected] RESUMEN:Con esta experiencia lo que se busca es determinar el comportamiento de los materiales al aplicarle un esfuerzo de compresión; en este comportamiento se observa la resistencia o la deformación del material, los materiales a los que se le realiza este ensayos son a los blandos, duros y semiduros. Para este ensayo se puso a fallar 1cilindro de concreto sólido, el cual se sometió a un esfuerzo máximo hasta que alcanzara su punto de fractura.
PALABRAS CLAVES: deformación, esfuerzo, fractura, resistencia. ABSTRACT:With this experience, what is sought is to determine the behavior of materials when subjected to a compressive stress, in which behavior is observed and the deformation resistance of the material, the materials that you perform this test are to soft, hard and semi. For this test to fail in January was solid concrete cylinder, which underwent a maximal effort until he reached his breaking point.
de tracción, se instala la probeta en las mordazas y se programa la máquina para aplicar una fuerza creciente sobre el material hasta provocar que el material se pandee, pierda la esbeltez o se fracture.
2. OBJETIVOS
Aplicar, sobre probetas, una carga vertical creciente en magnitud y variable en posición.
b. Realizar Pruebas de compresión a diferentes materiales como: Dúctiles YFrágiles.
Identificar los principales tipos de fallas que se dan en el ensayo de compresión.
3. MATERIALES Y EQUIPOS
KEYWORDS:strain, stress, fracture resistance.
1. INTRODUCCIÓN La resistencia a la compresión consiste en aplicar una carga axial de compresión a los cilindros previamente medidos, para así arrojar los resultados necesarios para conocer el esfuerzo máximo en dichos elementos, a fin de determinar tipo y resistencia del material con el cual están formados.El esfuerzo de compresión se caracteriza por un apilamiento de las fibras internas del material y una reducción en el volumen de la pieza. Esta prueba se usa normalmente para comprobar la resistencia de diversos tipos de concreto y de materiales metales con tratamientos térmicos, asimismo por lo general se aplica en materiales dúctiles y en el concreto. Este ensayo se realiza en la maquina universal de ensayos. De la misma manera que en el ensayo
Máquina de ensayo Universal marca SHIMADZU Capacidad 600 KN.
Muestras de Materiales o Probetas.
Calibrador Vernier o Pie de Rey.
4. PROCEDIMIENTO Se toma la probeta, colocándola paralela y perpendiculares a la base, ya sea metálica o de concreto. Se toman sus dimensiones originales, ancho, espesor, diámetro y longitud. Para las probetas se debe revisarse que los extremos estén planos y perpendiculares al eje longitudinal en el marco de carga con la cruceta móvil y la mesa. Observar cualquier defecto que pueda tener, en caso de presentarse, rechazarla y tomar otra. Centrar la probeta en la prensa de ensayo utilizando un bloque de apoyo maquinado en el extremo inferior y uno de apoyo esférico en el
Laboratorio de Resistencia de Materiales superior, las probetas de concreto y metálica se limpian bien sus extremos para eliminar cualquier residuo de grasa, en el caso metálico; en cambio para el concreto se colocan placas de neopreno para asegurar el paralelismo entre las caras y se procede a aplicar la carga lentamente hasta que se produzca la falla. Tomar el dato de la carga máxima aplicada Fmáx. Para realizar ensayos en la Máquina Universal de ensayos Marca SHIMADZU, capacidad de 60 Toneladas o 600 kN(Clase 05, con norma de precisión ASTM 4 ISO 7500-1 y rango de carga de 600kN/250 mm). 1) Calibración y sujeción de probeta, pasos: a. Tomar las dimensiones iníciales de las probetas: Longitud, área transversal, etc. Y trasladar los datos a las tablas respectivas. Si es necesario haga esquemas para ilustrar las dimensiones relevantes. b. Se enciende la bomba en la parte lateral. Se prende la maquina con el botón verde y se configura. Con la maquina encendida (previamente se debe calentar la maquina), pero en reposo, colocar la probeta en la maquina verificando su alineación con las mordazas y posición adecuada de mordazas y probetas. C. asegúrese que la cruceta móvil, fija y marco de carga se encuentren en posición, al igual que el rango de carga. d. En el monitor de la pantalla se coloca la carga en cero, después se oprime SYSTEM, AMP CAL, E-CAL, YES, con el fin de ajustar la máxima escala de la máquina. e. Presionar botón de marcha (Start), con lo que el led verde encenderá. f. Calibrar a acero los captadores.
5. ANÁLISIS Y DATOS Hallamos el área
Esfuerzo axial
g. Abrir la válvula de avance de velocidad. h. Al finalizar la prueba, presionar el pulsador de paro rápido (stop) y detener la máquina.
TABLA 1
2) Anote directamente de los indicadores de la maquina las lecturas de fuerza máxima y desplazamiento.
MATER IAL
3) Trasladar los resultados a una tabla que el grupo diseñara para este propósito.
Concre to
4) Anote toda otra información y observación relevante para la interpretación de resultados.
DIÁMET RO DO(mm) 150
ALTU RA (mm) 300
A
(%A
)
(% L)
Laboratorio de Resistencia de Materiales Grafica
La forma más segura de saber si una pieza podría fallar es seleccionando varias de estas, en condiciones externas y exponiéndolas a pruebas de ensayo de mecánicos, los cuales proporcionan una serie de datos correspondientes a las propiedades del material estudiado de ahí podríamos deducir si la pieza podría fallar o no en la utilización. Por otra parte deberíamos tener en cuenta el acabado del material (grietas, porosidad, corrosión) ya que un buen acabado certifica su resistencia. 3. De acuerdo a la velocidad de aplicación de carga, ¿Cómo se clasifican los ensayos mecánicos? Tienen dos clasificaciones:
6. CUESTIONARIO 1. Indique la importancia de conocer los esfuerzos provocados por las probetas: La importancia de conocer los esfuerzos provocados por las probetas es que nos proporcionan los mecanismos necesarios para establecer la resistencia y deformación de los materiales estudios en la práctica, cuando fueron sometidos a cargas o fuerzas normales. En primera instancia los metales toman un comportamiento lineal en su zona elástica en la cual hasta no alcanzar el límite de proporcionalidad puede tomar su forma original y además cumple con la ley de hooke. Luego cuando la carga sobre pasa el límite de proporcionalidad el material llega a una zona de fluencia en la cual alcanza el esfuerzo de cedencia o fluencia, que es en este punto donde el material donde el material se deforma plásticamente. La deformación en este caso se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta, el punto máximo que alcanza el material en la zona de fluencia lo denominamos esfuerzo de fractura, es este momento la zona de fluencia ha terminado y al aplicarle más cargas resulta una curva que se va aplanando hasta alcanzar el es fuerzo máximo o esfuerzo último. A lo largo de la prueba y mientras la pieza se está aplanando el área de su sección transversal va disminuyendo de manera uniforme, en toda la longitud calibrada de la pieza, incluso hasta la deformación unitaria que corresponde al esfuerzo último. Luego la curva comienza a descender hasta que se alcanza el esfuerzo de fractura, en donde el material se fracciona. 2. Mencione alguna forma de saber si una pieza podría fallar (o detectar la falla antes de que haya consecuencias serias).
Estáticos: Cuando la velocidad de aplicación de la fuerza no influye en resultado. La carga que se aplica es constante o progresivamente creciente. Dinámicos: Cuando la carga es aplicada de forma brusca o es alternativamente variable con el tiempo. 4. Compare la curva de esfuerzo deformación de cada uno de los materiales ensayados. Determine el módulo de elasticidad en cada uno de los materiales ensayados con ayuda de sus respectivas gráficas. Con relación a la gráfica obtenida, podemos observar que, en el concreto es más difícil identificar donde se encuentran estos límites que en los metales. El módulo de elasticidad del concreto será E= 33.9529 5. Determine la resistencia a la fluencia en compresión en el material metálico ensayado y la resistencia última de las probetas de concreto. Para el concreto la resistencia última será de 11555.3292 6. En el caso de material metálico determine el esfuerzo de fluencia utilizando la regla de 0.2%. Esta práctica no la hicimos con materiales metálicos.
7. CONCLUSIONES Podemos concluir que el ensayo de compresión es importante conocer el comportamiento de los materiales ante distintos tipos de carga ya que
