informe

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA METALURGICA

Santiago, 2015

LABORATORIO DE COMPORTAMIENTO MECANICO DE SÓLIDOS

“ENDURECIMIENTO POR DEFORMACIÓN”

Profesor Catedra: Alberto Monsalve Profesor Laboratorio: Alfredo Artigas Integrantes: Alexandra Labbé Fecha de entrega: 9 de diciembre

Departamento de Ingeniería en Metalúrgica Alberto Monsalve

Laboratorio de Comportamiento Mecánico de Solidos Alfredo Artigas 1

Contenido

1. Objetivos ............................................................................................................ 2

1.1 Objetivos Principales ................................................................................... 2

1.2 Objetivos Secundarios: ............................................................................... 2

2. Introducción ....................................................................................................... 3

3. Base Teórica ...................................................................................................... 4

3.1 Ensayo de Tracción ...................................................................................... 4

3.2 Propiedades mecánicas de tensión ......................................................... 7

3.3 Ajuste de Hollomon ...................................................................................... 8

3.4 Índice de endurecimiento por deformación ............................................... 8

4. Procedimiento Experimental ............................................................................ 9

4.1 Materiales e instrumentos: .......................................................................... 9

4.2 Procedimiento: ............................................................................................. 9

5. Resultados y Análisis de los Resultados ...................................................... 11

6. Conclusiones ................................................................................................... 14

7. Bibliografía ....................................................................................................... 15



1. Objetivos

1.1 Objetivos Principales

Determinar parámetros del material con los datos trabajos (limite elástico,

UTS, elongación a rotura)

Obtener a través de ajuste de Hollomon el índice de endurecimiento por

deformación del material ensayado.

1.2 Objetivos Secundarios:

Trabajar con los datos entregados por la máquina de tracción entendiendo el

funcionamiento de esta.

Determinar características del material a partir de todos los datos obtenidos.



2. Introducción

En el campo de la ingeniería, el ensayo de tracción cumple un papel muy

importante, ya que nos ayuda a conocer el comportamiento de sólidos sometidos a

una fuerza de tracción, y así poder manejar ciertos datos útiles a la hora de algún

proceso metalúrgico ya sea un embutido, alguna deformación de una pieza, saber

cuánta carga resiste cierto material etc.. El ensayo fue realizado bajo la norma

ASTM E-8 del cual se obtuvieron los parámetros pala la conformación de la probeta,

las medidas a tomar como la distancia entre marcas para medir la elongación, la

configuración del software UTM, el ancho de la probeta. etc.

En la primera parte del informe se describen los objetivos y la forma de

trabajar para realizar de forma satisfactoria el laboratorio, seguido por una

explicación y posterior análisis de resultados.



3. Base Teórica

3.1 Ensayo de Tracción

El ensayo de tensión se utiliza para evaluar la resistencia de los metales y

aleaciones. En este ensayo una muestra de metal se lleva hasta la fractura en un

relativo corto intervalo de tiempo a una velocidad constante.

Figura 3.1. Ilustración esquemática mostrando como opera la máquina de

tracción.

El ensayo de tracción se realiza bajo la norma ASTM E-8 o bien la norma

chilena NCh 200, entre otras. Su importancia radica en que es válido y aceptado

para especificación de materiales de ingeniería. En esta norma se especifica la

velocidad máxima de fluencia que es 0.05*Lo (mm/min), también la velocidad

máxima de UTS que es 0.4*Lo (mm/min), como parámetros físicos de las probetas.

Figura 3.2. Probeta de tracción con sección recta circular.



Figura 3.3. Probeta de tracción con sección rectangular.

El grafico esfuerzo-deformación aparece en el ensayo de tracción para dar

una explicación a todas las etapas que sufre el material mientras se le aplica la

carga, mostrando la zona elástica y plástica, la curva se muestra en la figura 3.4

que aparece a continuación.

Figura 3.4. Regiones características de la curva esfuerzo-deformación



Las curvas tienen una primera parte lineal llamada zona elástica, en donde

la probeta se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la

probeta regresa a su longitud inicial. Cuando la curva se desvía de la recta inicial,

el material alcanza el punto de fluencia, desde aquí el material comienza a adquirir

una deformación permanente. A partir de este punto, si se quita la carga la probeta

quedaría más larga que al principio.

En el punto máximo, el UST, la probeta muestra su punto débil, concentrando

la deformación en una zona en la cual se forma un cuello. La deformación se

concentra en la zona del cuello, provocando que la carga deje de subir. Al

adelgazarse la probeta la carga queda aplicada en menor área, provocando la

ruptura como se muestra en la figura 3.5

Figura 3.5. Representación de la geometría de la probeta en diversos instantes

del ensayo.



3.2 Propiedades mecánicas de tensión

Módulo de elasticidad: En la primera parte del ensayo de tensión el metal se

deforma elásticamente. En general, los metales y aleaciones muestran una relación

lineal entre la tensión y la deformación en la zona elástica, relación correspondiente

a la ley de Hooke.

E = σ / ε ec. (3.1)

Donde E es el módulo de elasticidad, σ es el esfuerzo y ε es la deformación.

Limite elástico (σy): Punto final de la deformación elástica. Debido a que no

hay un punto definido en la curva tensión- deformación donde acabe la deformación

elástica y se presente la deformación plástica se elige el límite elástico cuando tiene

lugar un 0.2% de deformación plástica. El límite elástico al 0.2% se le denomina

límite elástico convencional. Para esto se dibuja una línea paralela a la parte elástica

de la gráfica tensión-deformación a una deformación de 0.002 (m/m), entonces el

punto donde la línea intercepta con la parte superior de la curva es el esfuerzo de

fluencia convencional.

Resistencia máxima a la tensión (UTS): Es la tensión máxima alcanzada

en la curva de tensión-deformación, como se muestra en la figura 3.4. el UTS es la

máxima carga. En este punto se empieza a formar el cuello o estrangulamiento de

la probeta hasta la ruptura, como se muestra en la figura 3.5.

Porcentaje de elongación: La cantidad de elongación que presenta una

muestra bajo tensión durante un ensayo proporciona un valor de la ductilidad del

metal. Durante un ensayo de tracción se utiliza un extensómetro para medir

continuamente la deformación de la muestra.

El % de elongación puede calcularse mediante la ecuación:

% elongación = [ ( Lf – L0 )/ Lf ] * 100% ec.(3.2)



Esfuerzo real: Se define como la carga aplicada por unidad instantánea de

área, se cumple la siguiente relación.

ec(3.3)

Deformación real: Se define como el cambio en la longitud de la probeta

traccionada, se cumple la siguiente relación.

ec(3.4)

3.3 Ajuste de Hollomon

Para la zona de deformación plástica uniforme se puede relacionar el

esfuerzo verdadero con la deformación verdadera por la ecuación.

ec(3.5)

3.4 Índice de endurecimiento por deformación

Se observa que matemáticamente según la ecuación del ajuste de

Hollomon el índice “n” corresponde a la pendiente de:

ec(3.6)

Este índice da cuenta de la capacidad de los materiales a ser endurecidos

mediante deformación. Para un material perfectamente elástico este índice es 0,

caso contrario para un material perfectamente plástico este parámetro es 1.



4. Procedimiento Experimental

4.1 Materiales e instrumentos:

Máquina de tracción Tinius&Olsen de carga máxima 30 toneladas.

LVDT.

Software UTM

Computador Pentium I

Pie de metro.

Micrómetro.

Probeta estándar ASTM E8 de acero.

4.2 Procedimiento:

Por medio de la norma ASTM E-8 se obtienen los parámetros para la

programación del software utilizado en el ensayo, una distancia entre marcas de 50

mm, velocidad del ensayo de 2,5 mm/min y conformado de la probeta de largo 200

mm y diámetro de 12,5mm.

Se marca con un lápiz, tres veces, una distancia entre marcas cada una de

50 mm ubicándolas una en el centro y las otras dos a los costados, para así abarcar

toda la probeta, asegurándose de que el cuello (por ende la fractura) se forme entre

marcas.

Se procede a colocar la probeta entre las mordazas de la máquina de tracción

asegurándose que esta quede fija a ellas.

Se configura el software UTM con los datos del ensayo.

Se coloca el LVDT sobre la probeta para medir la elongación o deformación

en cada instante.

- Comienza el ensayo, empezando a traccionar la probeta a velocidad

constante normada.



- Luego de unos minutos se comienza a observar cambios importantes en la

probeta, como lo es su evidente alargamiento y la formación de cuello hasta la

ruptura.

- Al finalizar el ensayo, es retirada la probeta de la máquina de tracción. Luego

se mide la longitud final de la distancia entre marcas como modo de referencias para

medir la deformación final.



5. Resultados y Análisis de los Resultados

De los datos entregados del ensayo de tracción se obtuvieron los sientes

gráficos y parámetros para determinar el material.

Primero se grafican los datos de esfuerzo y deformación ingenieriles para

obtener el siguiente gráfico de la figura 5.1:

Figura 5.1 Grafico esfuerzo deformación ingenieril

Al analizar los datos se llega a un esfuerzo máximo que nos da una UTS=

476,6 Mpa y una elongación a rotura de 32,9%. analizando los últimos datos

de la zona elástica se obtiene un límite de fluencia de σy=298,5 Mpa.

Trabajando los datos ingenieriles se llega a los datos de esfuerzo y

deformación verdaderos para obtener el grafico de la figura 5.2. y a partir de la

zona plástica homogénea realizar el ajuste de Hollomon mostrado en la figura

5.3 y obtener el índice de endurecimiento por deformación n:

0

100

200

300

400

500

600

-0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

σ (

Mp

a)

ε (0/1)

Esfuerzo v/s DeformacionIngenieril



Figura 4.2 Grafico esfuerzo deformación verdadero

Figura 4.3 Grafico del ajuste de Hollomon realizado

Del ajuste de Hollomon mostrado en la figura 4.3 se obtiene un n=0,2127 y

un k=817,78 Mpa. Se observa que le índice de endurecimiento por

deformación está dentro de un rango cercano a la deformación verdadera en el

esfuerzo máximo verdadero, como dice la teoría.

0

100

200

300

400

500

600

700

-0,0005 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003

σ(M

pa)

ε (0/1)

Esfuerzo v/s DeformacionVerdadera

y = 0,2127x + 6,7066R² = 0,9543

5,2

5,4

5,6

5,8

6

6,2

6,4

6,6

-8 -6 -4 -2 0

Ln(σ

v)

Ln(εv)

Ajuste de Hollomon

Series1

Lineal (Series1)



Se compilan los datos obtenidos en la tabla 5.1

Dato Modulo Dimencion

UTS 476,6 Mpa

σy 298,5 Mpa

n 0,2127 Adimencional

K 817,78 Mpa

Elongación 32,9 %

Tabla 5.1. Resumen de datos obtenidos a través de la curva esfuerzo-

deformación

Comparando estos datos con valores teóricos se puede decir que el

material presenta características de un acero estructural de bajo carbono

recocido.



6. Conclusiones

Las propiedades que se pueden determinar a partir del grafico esfuerzo v/s

deformación nos sirven para caracterizar un material, en este caso para determinar

el tipo de probeta que estamos ensayando.

En el grafico esfuerzo vs deformación entregado se observan claramente los

parámetros fundamentales del acero ya sea su límite elástico, UTS, punto de

ruptura, etc.

Existe una curva real del material que es mucho más alta que la curva

ingenieril, por esto, el usar los datos la curva ingenieril con un material da más

seguridad de que este no va a fallar debido a esfuerzos ya que se tendrá un mayor

margen de error.

De este laboratorio se puede concluir que de un ensayo de tracción podemos

obtener el UTS, el módulo de Young, el límite de fluencia, el ajuste de Hollomon,

entre otros. Todos estos nos sirven de herramienta para analizar, prevenir y predecir

futuras fallas en materiales de uso de alta complejidad



7. Bibliografía

1 G. Dieter “Mechanical Metallurgy”, Mc Graw-Hill

2 D. Askeland , “La Ciencia e Ingeniería de Materiales”,Grupo Editorial

Iberoamérica

3 W. Smith, “Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales”, Mc

Graw-Hill Book.

4 Norma ASTM E-8

informe

Documents