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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERIA CIENCIAS FISICAS Y
MATEMATICA
CARRERA DE INGENIERIA CIVIL
TEMA:
ENSAYO DE TRACCION EN METALES NO ACERADOS
ENSAYO N°5
NOMBRE:
ALEXIS JAVIER LEON TAPIA
PARALELO:
SEGUNDO
FECHA DE REALIZACION:
2015/11/28
FECHA DE ENTREGA:
2015/18/04
DIA Y HORA:
JUEVES/09:00
INTRODUCCION:
METALES NO FERROSOS
Los metales no ferrosos son aquellos en cuya composición no se encuentra el
hierro. Los más importantes son siete: cobre, zinc, plomo, estaño, aluminio,
níquel y magnesio. Hay otros elementos que con frecuencia se fusionan con ellos
para preparar aleaciones de importancia comercial. También hay alrededor de
15 metales menos importantes que tienen usos específicos en la industria. Los
metales no ferrosos se clasifican en tres grupos: Pesados: son aquellos cuya
densidad es igual o mayor de 5 kg/dm³. Ligeros: su densidad está comprendida
entre 2 y 5 kg/dm³. Ultraligeros: su densidad es menor de 2 kg/dm³
Materiales no ferrosos pesados
COBRE
Características: se encuentra en el cobre nativo, la calcopirita, la calcosina,
la malaquita y la cuprita; su densidad es de 8,9 kg/dm, su punto de fusión es de
1083 ºC, su resistencia de tracción es de 18 kg/mm²; es dúctil, manejable y posee
una alta conductividad eléctrica y térmica.
BRONCE
Es toda aleación metálica de cobre y estaño, además de otros metales,
exceptuando el zinc, que da lugar al latón, en la que el primero constituye su
base y el segundo aparece en una proporción del 3 al 20 %
Por su elevado calor específico, el mayor de todos los sólidos, se emplea en
aplicaciones de transferencia del calor.
Aplicaciones: Campanas, engranes, cables eléctricos, motores eléctricos.
Metales no ferrosos ligeros
ALUMINIO
Densidad es de 2,7 kg/dm³ -Punto de fusión es de 660 ºC -Muy ligero e inoxidable
-Buen conductor de electricidad y del calor. Aleaciones y aplicaciones: Al +Mg:
se emplea en la aeronáutica y automoción.
OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES:
Determinar las principales propiedades físicas y mecánicas en metales no
ferrosos cuando estos son sometidos a esfuerzos de tracción.
Interpretar los datos obtenidos mediante el análisis de diagrama esfuerzo
unitario vs deformación especifica.
Comparar las características del comportamiento entre las probetas
ensayadas y sus diferencias en función de los resultados obtenidos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Hallar su porcentaje de ductilidad, esfuerzo nominal y deformación
especifica lineal así como encontrar el módulo de elasticidad.
Identificar las zonas del diagrama debido al comportamiento del material,
así como sus límites correspondientes.
Investigar sobre las fallas de cada material de acuerdo a lo observado en
practica
MATERIALES Y EQUIPOS
MATERIALES:
Barra de Aluminio
Barra de Bronce
Barra de Cobre
EQUIPOS:
Máquina Universal 30 Ton.
Apreciación: ±1 Kg
Calibrador
Apreciación: ± 0.05mm
Deformimetro Lineal
Apreciación: ±𝟏 ∙ 𝟏𝟎−𝟐𝒎𝒎
PROCEDIMIENTO:
Procedemos a tomar medidas del diámetro y de las longitudes de medida de
cada varilla.
Comenzamos a realizar el ensayo de tracción, para esto colocamos la muestra
en la Maquina Universal, aplicamos la carga y leemos la deformaciones,
seguimos aplicando carga consecutivamente hasta que la muestra falle.
De igual manera procedemos con todas las varillas
Luego tomamos las medidas de los diámetros y longitudes finales de las
muestras ensayadas.
Con los datos obtenidos de carga y deformación, procedemos a realizar las
respectivas tablas de datos.
TABLA DE DATOS MATERIAL ALUMINIO
N
CARGA DEFORMACION AREA ESFUERZO DEFORMACION ESP.
P P
A
Kg N mm*mm Mpa mm/mm
1 0 0 0 38,48 0 0
2 200 1962 7 38,48 50,987526 0,000275591
3 400 3924 25 38,48 101,975052 0,000984252
4 600 5886 39 38,48 152,962578 0,001535433
5 730 7161,3 150 38,48 186,10447 0,005905512
6 710 6965,1 200 38,48 181,005717 0,007874016
7 760 7455,6 250 38,48 193,752599 0,00984252
8 760 7455,6 300 38,48 193,752599 0,011811024
9 770 7553,7 350 38,48 196,301975 0,013779528
10 770 7553,7 400 38,48 196,301975 0,015748031
11 770 7553,7 450 38,48 196,301975 0,017716535
12 790 7749,9 500 38,48 201,400728 0,019685039
13 790 7749,9 550 38,48 201,400728 0,021653543
14 790 7749,9 600 38,48 201,400728 0,023622047
15 800 7848 650 38,48 203,950104 0,025590551
16 810 7946,1 700 38,48 206,49948 0,027559055
17 820 8044,2 850 38,48 209,048857 0,033464567
18 820 8044,2 900 38,48 209,048857 0,035433071
19 820 8044,2 950 38,48 209,048857 0,037401575
20 820 8044,2 1000 38,48 209,048857 0,039370079
21 820 8044,2 1050 38,48 209,048857 0,041338583
22 820 8044,2 1100 38,48 209,048857 0,043307087
23 830 8142,3 1150 38,48 211,598233 0,045275591
24 830 8142,3 1200 38,48 211,598233 0,047244094
25 840 8240,4 1300 38,48 214,147609 0,051181102
26 840 8240,4 1350 38,48 214,147609 0,053149606
27 840 8240,4 1400 38,48 214,147609 0,05511811
28 840 8240,4 1450 38,48 214,147609 0,057086614
29 840 8240,4 1500 38,48 214,147609 0,059055118
30 840 8240,4 1550 38,48 214,147609 0,061023622
31 850 8338,5 1600 38,48 216,696985 0,062992126
32 850 8338,5 1650 38,48 216,696985 0,06496063
33 850 8338,5 1700 38,48 216,696985 0,066929134
34 850 8338,5 1750 38,48 216,696985 0,068897638
35 850 8338,5 1800 38,48 216,696985 0,070866142
36 850 8338,5 1850 38,48 216,696985 0,072834646
37 850 8338,5 1900 38,48 216,696985 0,07480315
38 850 8338,5 1950 38,48 216,696985 0,076771654
39 850 8338,5 2000 38,48 216,696985 0,078740157
40 850 8338,5 2050 38,48 216,696985 0,080708661
41 490 4806,9 2730 38,48 124,919439 0,107480315
∆ 𝜎 𝜀
1 ∙ 10−2𝑚𝑚
TABLA DE DATOS MATERIAL BRONCE
N
CARGA DEFORMACION AREA ESFUERZO DEFORMACION ESP.
P P
A
Kg N mm*mm Mpa mm/mm
1 0 0 0 28,27 0 0
2 200 1962 5 28,27 69,4021931 0,00019685
3 400 3924 21 28,27 138,804386 0,000826772
4 600 5886 35 28,27 208,206579 0,001377953
5 800 7848 52 28,27 277,608773 0,002047244
6 1000 9810 71 28,27 347,010966 0,002795276
7 1130 11085,3 150 28,27 392,122391 0,005905512
8 1160 11379,6 200 28,27 402,53272 0,007874016
9 1200 11772 250 28,27 416,413159 0,00984252
10 1240 12164,4 300 28,27 430,293597 0,011811024
11 1260 12360,6 350 28,27 437,233817 0,013779528
12 1280 12556,8 400 28,27 444,174036 0,015748031
13 1300 12753 450 28,27 451,114255 0,017716535
14 1310 12851,1 500 28,27 454,584365 0,019685039
15 1310 12851,1 550 28,27 454,584365 0,021653543
16 1320 12949,2 600 28,27 458,054475 0,023622047
17 1330 13047,3 650 28,27 461,524584 0,025590551
18 1340 13145,4 700 28,27 464,994694 0,027559055
19 1350 13243,5 750 28,27 468,464804 0,029527559
20 1350 13243,5 800 28,27 468,464804 0,031496063
21 1350 13243,5 850 28,27 468,464804 0,033464567
22 1370 13439,7 900 28,27 475,405023 0,035433071
23 1370 13439,7 950 28,27 475,405023 0,037401575
24 1380 13537,8 1000 28,27 478,875133 0,039370079
25 1380 13537,8 1050 28,27 478,875133 0,041338583
26 1390 13635,9 1100 28,27 482,345242 0,043307087
27 1400 13734 1150 28,27 485,815352 0,045275591
28 1400 13734 1200 28,27 485,815352 0,047244094
29 1400 13734 1250 28,27 485,815352 0,049212598
30 1400 13734 1300 28,27 485,815352 0,051181102
31 1410 13832,1 1350 28,27 489,285462 0,053149606
32 1420 13930,2 1400 28,27 492,755571 0,05511811
33 1420 13930,2 1450 28,27 492,755571 0,057086614
∆ 𝜎 𝜀
1 ∙ 10−2𝑚𝑚
TABLA DE DATOS MATERIAL COBRE
N
CARGA DEFORMACION AREA ESFUERZO DEFORMACION ESP.
P P A
Kg N mm*mm Mpa mm/mm
1 0 0 0 28,27 0 0
2 100 981 5 28,27 34,7010966 0,00019685
3 200 1962 11 28,27 69,4021931 0,000433071
4 400 3924 23 28,27 138,804386 0,000905512
5 600 5886 36 28,27 208,206579 0,001417323
6 800 7848 52 28,27 277,608773 0,002047244
7 1000 9810 74 28,27 347,010966 0,002913386
8 1160 11379,6 150 28,27 402,53272 0,005905512
9 1170 11477,7 200 28,27 406,00283 0,007874016
10 1030 10104,3 200 28,27 357,421295 0,007874016
∆ 𝜎 𝜀
1 ∙ 10−2𝑚𝑚
y = 102663x
0
50
100
150
200
250
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
Esd
ue
rzo
Un
itar
io
Deformacion especifica
(Aluminio) Diagrama Esfuerzo Unitario vs Deformacion Especifica
Limite de fluencia
Limite de elasticidad
Zona de fluencia
Zona de elasticidad
Zona de endurecimiento
Esfuerzo maximo
Esfuerzo de ruptura
Zona de ahorcamiento
y = 133575x
0
100
200
300
400
500
600
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
Axi
s Ti
tle
Axis Title
(Bronce) Diagrama Esfuerzo Unitario vs Deformacion Especifica
Limite de elasticidad
Limite de fluencia
Esfuerzo de ruptura
Zona de fluencia
Zona de elasticidad
Zona de endurecimiento
y = 141591x
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009
Esfu
erzo
Un
itar
io
Deformacion Especifica
(Cobre) Diagrama Esfuerzo Unitario vs Deformacion Especifica
Zona de elasticidadZona de fluencia
Zona de endurecimiento
Limite de elasticidad
Limite de fluencia
Esfuerzo Maximo
Esfuerzo de ruptura
CALCULOS TIPICOS:
Para barra de Aluminio
Área de aplicación
A = πr2
A = π ∙ (3,5)2
A = 38,48mm2
Esfuerzo máximo
σmax = Pmax
A
σmax = 850 ∙ 9,81 N
38,48 mm2
σmax = 216.69 Mpa
Esfuerzo de ruptura
σ =P
A
σ = 490 ∙ 9,81 N
38,48 mm2
σ = 124.91 Mpa
Ductilidad
ε =∆l
L∙ 100
ε =27,3mm
254mm∙ 100
ε = 10.74 % > 5%
𝐸𝑠 𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑙
Estricción
e =Ao − Af
Ao∙ 100
e =38,48 − 16,62
38,48∙ 100
e = 56,81%
Módulo de elasticidad
E =∆σ
∆ε
E =152,96 Mpa
0,00153mmmm
E = 99973,85 Mpa
Para barra de Bronce
Área de aplicación
A = πr2
A = π ∙ (3)2
A = 28,27mm2
Esfuerzo máximo
σmax = Pmax
A
σmax = 1420 ∙ 9,81 N
28,27 mm2
σmax = 492,75 Mpa
σ =P
A
σ = 1420 ∙ 9,81 N
28,27 mm2
σ = 492,75 Mpa
Ductilidad
ε =∆l
L∙ 100
ε =14,5mm
254mm∙ 100
ε = 5,71 % > 5%
𝐸𝑠 𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑙
Estricción
e =Ao − Af
Ao∙ 100
e =28,27 − 16,62
28,27∙ 100
e = 41,21%
Módulo de elasticidad
E =∆σ
∆ε
E =347,01 Mpa
0,002795mmmm
E = 124153,84 Mpa
Para barra de Cobre
Área de aplicación
A = πr2
A = π ∙ (3)2
A = 28,27mm2
Esfuerzo máximo
σmax = Pmax
A
σmax = 1170 ∙ 9,81 N
28,27 mm2
σmax = 406 Mpa
Esfuerzo de ruptura
σ =P
A
σ = 1030 ∙ 9,81 N
28,27 mm2
σ = 357,42 Mpa
Ductilidad
ε =∆l
L∙ 100
ε =2mm
254mm∙ 100
ε = 0,787 % > 5%
𝑁𝑜 𝑒𝑠 𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑙
Estricción
e =Ao − Af
Ao∙ 100
e =28,27 − 5,31
28,27∙ 100
e = 81,21%
Módulo de elasticidad
E =∆σ
∆ε
E =208,21 Mpa
0,00141mmmm
E = 124153,84 Mpa
CONCLUSIONES:
CONCLUSIONES GENERALES:
El esfuerzo máximo del cobre 406 MPa y el bronce 492.75 MPa estos
materiales pertenecen al grupo de no ferrosos pesados y su esfuerzo es
notable, siendo el doble que del aluminio 216.69 MPa que es un material
no ferroso ligero.
Del aluminio se obtuvo que tiene ductilidad de 10.74% y el bronce 5.71%,
perteneciendo a los materiales cuya característica es de deformarse
considerablemente antes de llegar a la falla diferente al cobre que solo
tuvo 0.787 % siendo un material frágil pero de alta resistencia.
Para todos estos materiales se obtuvo su límite de fluencia mediante el
método de corrimiento 0.2% ya que no cumplen con la Ley de Hooke.
El porcentaje de estricción en cada material es muy notable el aluminio
con 56.81% para el bronce fue el 41.21% y el cobre 81.21% siendo el
material donde más disminuyo el área transversal por efecto de las cargas
sometidas y no poseer ductilidad. La barra de cobre también regreso a su
posición original, es decir su longitud de medida y longitud final fueron las
misas y por ende no hubo elongación en dicho material
CONCLUSIONES ESPECÍFICAS:
En el caso del aluminio y el bronce la fractura dúctil comienza con la
formación de un cuello y la formación de cavidades dentro de la zona de
ahorcamiento. Luego las cavidades se 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 acerca a la superficie, la grieta cambia
su dirección a 45° con respecto al eje de tensión y resulta una fractura de
cono y embudo.
Para el cobre la fractura frágil tiene lugar sin una apreciable deformación
y debido a una rápida propagación de una grieta. Normalmente ocurre a
lo largo de planos cristalográficos específicos denominados planos de
fractura que son perpendiculares a la tensión aplicada.
RECOMENDACIONES:
Se debe tratar de tomar las medidas de forma exacta y precisa para
disminuir el error en la práctica por ser datos de laboratorio
BIBLIOGRAFIA:
http://www.monografias.com/trabajos46/fracturas-mecanicas/fracturas
mecanicas2.shtml
http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm02/fcm2_2.html
ANEXOS:
Falla de la probeta de aluminio
Falla de la probeta de bronce
Falla de la probeta de cobre
Probetas antes de ser ensayadas