UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERA MECNICA

Asignatura: Ciencias de los materiales I/Tecnologa de Materiales

Informe de laboratorio n 2

Propiedades mecnicas: ensayo de traccin

Alumnos: N CARNET APELLIDOS NOMBRES FIRMA BC13009 Bonilla Cruz, Fredy Balmore _________ GV13005 Garca Vidal, Oscar Vladimir _________

Instructora: Ingra. Leyla Marina Jimnez

Ciudad Universitaria, Viernes 7 de noviembre de 2014

ndice

Resumen.. Pg. 1

Objetivos Pg. 2

Introduccin terica.... Pg. 3-6

Procedimiento experimental.. Pg. 7

Anlisis de resultados.. Pg. 8-9

Anlisis de resultados. Pg.10-12

Conclusiones. Pg.13-14

Bibliografa. Pg. 15

Anexos..... Pg. 16-17

1 | P g i n a

I. Resumen

Se pretende mostrar en este informe los resultados de laboratorio en donde

realizamos un ensayo de tensin, sometiendo una barra de metal cuyas

caractersticas antes, durante y despus se detallan en el presente documento.

Lo ms importante de realizar este laboratorio es el de comparar entre los resultados

experimentales a los tericos(o tcnicos) sean estos congruentes o no, explicar el

porqu de el

Se han calculado una serie de propiedades mecnicas como el tipo de fractura, el

mdulo de elasticidad, la elongacin, etc. Cuyo propsito es el de describir el tipo

de material que utilizamos y comparar sus caractersticas fsicas reales por las

dadas por el fabricante, se pudo comprobar que algunas de estas propiedades

experimental y tericamente difirieron por completo, tal es el caso de la presin

mxima a la que puede ser sometida el material, el valor experimental fue mucho

mayor al de las especificaciones tcnicas.

En el informe se presenta una grfica esfuerzo vs deformacin unitaria con su

respectiva interpretacin, adems se da respuesta a una serie de interrogantes en

el anlisis de resultados, como se mencionaba con anterioridad el tipo de material

es sumamente importante, un punto a tomar en cuenta es la ductilidad del material

ya que esta propiedad me define el tipo de fractura que presentara la barra luego

de ser fracturada.

2 | P g i n a

II. Objetivos

Objetivo General

Que el estudiante:

Efectu un ensayo de tensin de acuerdo a la norma ASTM A615 y A370 para

estudiar el comportamiento de un material cuando es sometido a esfuerzos

axiales de tensin progresivamente creciente hasta provocar su ruptura.

Objetivos especficos:

Conocer las caractersticas y especificaciones que se deben tener en los

materiales a utilizar, tal es el caso de las probetas de acero (ASTM-36).

Interpretar los datos obtenidos en la prueba de tensin, de esta manera el

estudiante demostrar el manejo del conocimiento terico.

3 | P g i n a

III. Introduccin terica

A continuacin se presentan, de manera general, los aspectos ms importantes que

se deben tener presentes para realizar la prctica.

Generalidades del ensayo de tensin

Este ensayo es utilizado para medir la resistencia de un material a una fuerza

esttica o aplicada lentamente. Esta prueba consiste en alargar una probeta de

ensayo por fuerza de tensin, ejercida gradualmente, con el fin de conocer ciertas

propiedades mecnicas de materiales en general: su resistencia, rigidez y

ductilidad. Sabiendo que los resultados del ensayo para un material dado son

aplicables a todo tamao y formas de muestra, se ha establecido una prueba en la

cual se aplica una fuerza de tensin sobre una probeta de forma cilndrica y tamao

normalizado, que se maneja universalmente entre los ingenieros. Este ensayo se

lleva a cabo a temperatura ambiente entre 10C y 35C. A continuacin se presenta

un dispositivo utilizado para realizar este tipo de ensayos. (Ver Figura 1) .

Figura 1

4 | P g i n a

Comportamiento de los distintos materiales frente al ensayo.

El comportamiento de los distintos materiales frente al ensayo se encuentra

ilustrado en la siguiente grfica. La figura 2 muestra en forma cualitativa las curvas

de esfuerzo-deformacin unitaria normales para un metal, un material

termoplstico, un elastmero y un cermico. En esta figura, las escalas son

cualitativas y distintas para cada material. En la prctica, las magnitudes reales de

los esfuerzos y las deformaciones pueden ser muy distintas entre s.

Se supone que el material plstico est arriba de su temperatura de transformacin

vtrea (Tg), mientras que los materiales metlicos y termoplsticos muestran una

regin inicial elstica, seguida por una regin plstica no lineal. Tambin se incluye

una curva aparte para los elastmeros (es decir, hules o siliconas), ya que el

comportamiento de esos materiales es distinto del de otros materiales polimricos.

Para los elastmeros, una gran parte de la deformacin es elstica y no lineal. Por

otra parte los cermicos y los vidrios solo muestran una regin elstica lineal y casi

nunca muestran deformacin plstica a temperatura ambiente. (Ver figura 2)

Figura 2

Otros conceptos importantes:

Ductilidad:

La ductilidad es el grado de deformacin que puede soportar un material sin

romperse. Se mide por la relacin de la longitud original de la probeta entre

marcas calibradas antes (lo) y despus del ensayo (lf).

5 | P g i n a

Esfuerzo y deformacin ingenieriles

Los resultados de un solo ensayo se aplican a todos los tamaos y secciones

transversales de especmenes de determinado material, siempre que se convierta

la fuerza en esfuerzo, y la distancia entre marcas de calibracin se convierta a

deformacin. El esfuerzo ingenieril (lb/pul2) y la deformacin ingenieril (pul/pul) se

definen con las siguientes ecuaciones:

Esfuerzo ingenieril: =

0

Deformacin ingenieril: = 0

0

Donde:

F: Fuerza aplicada en la probeta (lb)

Ao: rea de la seccin transversal original de la probeta. (pul2)

Lo: Longitud calibrada antes de la aplicacin de la carga.

L: Longitud adquirida por la seccin calibrada, al iniciar la aplicacin de la carga.

Esfuerzo y deformacin real

El esfuerzo real a diferencia del esfuerzo ingenieril, tiene en cuenta el rea

instantnea que se reduce a medida que avanza el ensayo. El esfuerzo real (lb/

pul2) se puede definir con la siguiente ecuacin:

=

Donde:

F: Fuerza aplicada en la probeta (lb)

Ainst: rea real (instantnea) que resiste la carga (pul2).

6 | P g i n a

La deformacin real se determina con la elongacin instantnea por unidad de

longitud del material. Esta se determina con la siguiente ecuacin:

Deformacin real: =

0

En donde L y Lo ya estn definidos en el punto anterior.

Punto de Cedencia

Es el momento en que la deformacin de la pieza, debido a la carga que se le est

aplicando, deja de ser elstica y se vuelve permanente o plstica, es decir que es

el punto en el que se quita la fuerza ejercida y la probeta se devuelve a su longitud

inicial.

Mdulo de Elasticidad

La porcin inicial lineal de la grfica esfuerzo deformacin, representa lo que se

llama el Modulo de Elasticidad E, de los materiales. Este se calcula segn la ley de

Hooke, mediante la frmula:

=

Lo que es igual a la pendiente de dicha porcin lineal. Las unidades del mdulo de

elasticidad son las mismas a las utilizadas para los esfuerzos, esto es (lb/pulg2),

(N/m2) cualquier otra unidad correspondiente. En esta regin el material se

comporta elsticamente por lo que cuando se retira la fuerza, la deformacin que

haya alcanzado el material toma el valor de cero, su forma original antes de iniciar

la prueba.

7 | P g i n a

IV. Procedimiento experimental

a. Equipo y material a utilizar

Tabla 1: material y equipo

b. Algoritmo experimental

1. Se tom las dimensiones de la probeta (tabla 2).

2. Se marc la longitud de calibracin en la probeta.

3. Se mont el extensmetro en la probeta.

4. Se ubic la probeta en la mquina de tensin.

5. Se accion la mquina.

6. S iba aumentando gradualmente la carga y tomar lecturas de carga (F) y

deformacin (L) hasta el punto de fluencia. Anotar el valor de la carga de

fluencia. (Tabla 3).

7. Se tomaron 2 o tres lecturas ms despus de la carga de fluencia. (Tabla 3)

8. Cuando se logr ver el cuello en la probeta, inmediatamente se retir el

extensmetro.

9. Se increment la carga hasta que la probeta se rompi. Se procedi a anotar el

valor de la carga mxima y de ruptura. (tabla 4).

10. Se retir la probeta ensayada.

11. Se identific tipo de fractura (tabla 4).

12. Por ltimo se procedi a unir las dos partes de la probeta y se tomaron las

medidas de dimetro y longitud finales de la probeta ensayada en la zona de

fractura. (tabla 3)

Cantidad Material

1 Mquina para ensayo de tensin

1 Calibrador 1 Probeta para ensayo de tensin

1 Extensmetro

1 Calibrador vernier

1 Cinta mtrica

1 Balanza

8 | P g i n a

V. Resultados.

Tipo de material ASTM-A36

Dimetro nominal 5/8 in

Peso de la probeta 0.881 kg

Dimetro inicial Do 1.54 cm

Longitud total de muestra 60 cm

Longitud inicial Lo (calibrada) 20 cm

rea transversal nominal 1.9793 cm2

rea transversal inicial Ao 1.8627 cm2

Tabla 2

Carga (kg) Deformacin (Milsimas de pulgada)

1000 3

2000 5

3000 7

4000 10

5000 12

6000 15

7000 18

8000 150

9000 280

9500 300

10500 350

8250 425

Tabla 3

9 | P g i n a

Dura

nte

en

sa

yo

Carga de fluencia (kg) 7250

Carga mxima (kg) 10500

Carga de ruptura (kg) 8250

Dimetro final Df (mm) 9.9

Longitud final Lf (mm) (tramo de calibracin) 246

Longitud final de probeta (mm) 673

Tipo de fractura Cono crter y sedoso

ca

lcula

do

Elongacin (%) 23%

Mdulo de Elasticidad 25044 ksi

Esfuerzo de fluencia (N/mm2) 381.44.57

Esfuerzo ltimo (N/mm2) 552.4386

Tabla 4

Figura 3

Figura 2

y = 25044xR = 0.9933

0.0000

10.0000

20.0000

30.0000

40.0000

50.0000

60.0000

0.000000 0.000500 0.001000 0.001500 0.002000 0.002500

Grafico esfuerzo vs deformacin unitaria (Solo rea elstica)

10 | P g i n a

Figura 3

VI. Anlisis de los resultados. a)

Tabla 5

Carga (N) Def. (x10-3in) (ksi) (Mpa) (mm/mm) (in/in)

0.00 0 0.0000 0.0000 0.000000 0.000000

1000.00 3 7.6309 52.6132 0.000381 0.000375

2000.00 5 15.2618 105.2264 0.000635 0.000625

3000.00 7 22.8927 157.8396 0.000889 0.000875

4000.00 10 30.5236 210.4528 0.001270 0.001250

5000.00 11 38.1545 263.0660 0.001397 0.001375

6000.00 15 45.7854 315.6792 0.001905 0.001875

7000.00 17 53.4163 368.2924 0.002159 0.002125

7250.00(Carga de fluencia) 18 55.3240 381.4457 0.002286 0.002250

8500.00 150 64.8627 447.2122 0.019050 0.018750

9200.00 280 70.2043 484.0415 0.035560 0.035000

9500.00 300 72.4936 499.8254 0.038100 0.037500

10500.00(Carga mxima) 350 80.1245 552.4386 0.044450 0.043750

8250.00(Carga de ruptura) 425 62.9549 434.0589 0.053975 0.053125

0.0000

10.0000

20.0000

30.0000

40.0000

50.0000

60.0000

70.0000

80.0000

90.0000

0.000000 0.010000 0.020000 0.030000 0.040000 0.050000 0.060000

Pre

sio

n (

ksi)

Deformacion en mm/mm

Grfico esfuerzo vs deformacin unitaria

11 | P g i n a

b)

Tabla 6

C)

Las fracturas por tensin pueden clasificarse en cuanto

a forma, textura y color. Los tipos de fractura, en lo

respectivo a la forma, son simtricos: cono y crter,

planos e irregularidades. Varias descripciones de la

textura son: sedosa, grano fino, grano grueso o granular,

fibrosa o astillable, cristalina, vidriosa y mate.

Figura 4

Ciertos materiales se identifican efectivamente por sus fracturas. El acero suave en

forma de una probeta cilndrica normal usualmente presenta un tipo de estructura

sedosa. El hierro forjado presenta una fractura dentada y fibrosa, mientras que la

fractura tpica del hierro fundido es gris, plana y granular. Un examen de la fractura

puede arrojar una pista posible de los valores bajos de la resistencia o la ductilidad

de la probeta.

Mdulo de Elasticidad(ya calculado) 25044 ksi

Porcentaje de elongacin (ya calculado) 23%

Resistencia de fluencia (Sy)(de tabla 5) 55.3240 ksi

Resistencia ultima(Su)(de tabla 5) 80.1245 ksi

Resistencia de rotura(de tabla 5) 62.9549 ksi

Porcentaje de reduccin en el rea de factura 58.67 %

12 | P g i n a

En nuestro caso, al unir ambas partes de la probeta de acero ASTM-A36 las partes

encajaban perfectamente y la forma de la fractura pareca la de un crter volcnico,

cabe destacar que la ruptura era en direccin perpendicular a la fuerza de tensin

a la que fue sometido, en definitiva, no cabe la menor duda que la ruptura del

material se dio debido a una intensa deformacin plstica.

d) La idea de realizar el diagrama de esfuerzo elongacin es que, trabajando en l,

encuentro todas las propiedades mecnicas del material en estudio, como por

ejemplo: el mdulo de elasticidad, el esfuerzo de fluencia, esfuerzo ltimo (mximo),

resistencia de rotura, etc. En cambio el diagrama de fuerza-elongacin no me

entrega informacin relevante, lo nico que muestra es que la elongacin es

directamente proporcional a la fuerza.

13 | P g i n a

VIII. Conclusiones

A) Segn la norma:

Como la mayora de los aceros, el A36, tiene una densidad de 7850 kg/m (0.28

lb/in). El acero A36 en barras, planchas y perfiles estructurales con espesores

menores de 8 pulg(203,2 mm) tiene un lmite de fluencia mnimo de 250 MPA (36

ksi), y un lmite de rotura mnimo de 410 MPa (58 ksi). Las planchas con espesores

mayores de 8 plg (203,2 mm) tienen un lmite de fluencia mnimo de 220 MPA (32

ksi), y el mismo lmite de rotura.

Comparacin:

Segn la Norma Experimentalmente

Lmite de fluencia mnimo 36 ksi 55 ksi

Lmite de rotura mnimo 58 ksi 80 ksi

Porcentaje de elongacin(min) 20% 23%

Mdulo de elasticidad 29 000 ksi 25044 ksi

Reduccion de rea(mnimo) 50% 58.67%

14 | P g i n a

B) Los valores experimentales resultaron por encima de lo estipulado por el

fabricante, solo en el caso del mdulo de elasticidad (lo que es relativamente

positivo ya que significa que nuestra probeta sufri una deformacin inferior a la

esperada), por otro lado segn la norma el porcentaje de elongacin ser del

20% y en el ensayo resulto del 23% (podramos considerarlo como negativo), en

cuanto a los esfuerzos de rotura, ultimo y de fluencia resultaron un poco encima

de lo establecido, el que ms se destaca es el esfuerzo de fluencia que segn el

fabricante tendra que andar por los 36 ksi y resulto de 55 ksi, por lo que el

material cumple con los requerimientos estndares para cualquier aplicacin que

requiera de sus caractersticas mecnicas mnimas.

C) Est ms que claro que el tipo de fractura que sufri el material es caracterstico

de los metales dctiles, tal y como lo era el tipo de acero trabajado, de hecho

como se mencion anteriormente para que el material sufriera la ruptura se le

tuvo que ejercer una gran fuerza y tuvo que pasar por una intensa fase plstica,

el grafico esfuerzo- deformacin que presentamos a continuacin es

caracterstico de un metal dctil cuya fractura fue del tipo crter-sedoso y

observamos que muestra una gran similitud con el que obtuvimos durante el

ensayo.

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IX. Bibliografa

http://blog.utp.edu.co/metalografia/files/2010/10/Diagrama-esfuerzo-Deformacion-unitaria.png http://es.slideshare.net/zephiroth2007/practica-de-tension http://www.astm.org/Standards/A36A36M-SP.htm http://www.sabimet.com/acero%20estruc%20construc.pdf

http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/6233/06Gaa06de11.pdf;jsessionid=E2DA72EBDF70F9E0D7FD40FC601B32A7.tdx2?sequence=6 https://www.academia.edu/8289686/ACERO_A36_Y_MAS http://www.gerdaucorsa.com.mx/articulos/Miembros_en_Tension.pdf

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X. Anexos

Clculos:

%elongacin = L

L0x 100%

%elongacin = (24.6 20)cm

20 cmx 100%

% = 23%

Mdulo de elasticidad: (de la curva ajustada para obtener el mejor valor)

E =2 12 1

E =52.6132 0

0.000381 0

E =(7.6309 0)ksi

0.000375 0

= 25044 ksi Reduccin de rea

%R. A. =A0 A

A0x100%

%R. A. =1.8627 0.7698

1.8627x100%

%. . = . %

17 | P g i n a

Imgenes capturadas durante la realizacin del ensayo.

Imagen de la probeta luego de la ruptura

Extensmetro

Maquina universal ensayos Tinius

Olsen