traccion y dureza

5/19/2018 Traccion y Dureza

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Universidad Simn BolvarDepartamento de MecnicaProcesos de Fabricacin I (MC36!

"#S$%& D" '$CCI % DU")$


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I. INTRODUCCION

"l presente in*orme de laboratorio trata el comportamiento de las propiedadesmecnicas de metales *errosos + no *errosos empleando el ensa+o de traccin + elproceso de obtencin de d,re-a.

"s de s,ma importancia /,e ,n in0eniero cono-ca a *ondo las propiedadesmecnicas /,e ri0en a los materiales para /,e este p,eda seleccionar de maneraadec,ada el material /,e me1or se adapte al re/,erimiento necesario empleado por,n prototipo o simplemente por ,n prod,cto acabado2 adems de considerar s,comportamiento en el medio de traba1o + el *actor econmico para s, man,*act,ra.

Una ve- al conocer dicas propiedades el in0eniero es sabio en elcomportamiento del material de s, seleccin2 pero no solo basta con esto2 tambi4nes *,ndamental conocer5 la correcta adaptacin de los materiales en el proceso deman,*act,ra de ac,erdo a las propiedades adec,adas de con*ormado los e*ectos

de los di*erentes procesos sobre las propiedades de los materiales la economamaterial 7 proceso.

$l relacionar todas estas caractersticas con el conocimiento de las propiedadesmecnicas es c,ando el in0eniero 0aranti-a ,n prod,cto accesible + de calidad2 +en este momento es c,ando darn *r,tos los conocimientos empleados.

Por dicas importancias nos vemos en la e1ec,cin de este in*orme para*amiliari-arnos con el proceso de obtencin de las propiedades mecnicas demetales *errosos + no *errosos empleando el ensa+o de tensin + la obtencin ded,re-a empleando m8ltiples escalas.


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II. OBJETIVOS

i. &btencin de las resistencias a la *l,encia m9ima + de *ract,ra2 del acero

:;:2 del latn + del al,minio en estado de recocido.ii. &btencin del es*,er-o + la de*ormacin verdaderos a *ract,ra + losporcenta1es de elon0acin + red,ccin de rea para el acero :;:2 el latn +el al,minio en estado de recocido.

iii. &btencin de la ec,acin de end,recimiento de ollomon para el acero :;:+ el latn en estado de recocido a partir del ensa+o de traccin.

iv. Calc,lo de las resistencias a la *l,encia + m9ima del acero :;: traba1adoen *rio mediante tensin empleando la ec,acin de ollomon del materialrecocido.

v. &bservar la in*l,encia del traba1o en *rio en las propiedades mecnicasdeterminadas del acero :;:.

vi. Di*erenciar las propiedades mecnicas entre el acero :;:2 el latn + elal,minio en estado de recocido.vii. Familiari-arse con las di*erentes escalas de d,re-a roc


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III. MARCO TEORICO

>as propiedades mecnicas de los materiales dependen de s,

composicin + microestr,ct,ra2 los c,ales determinan s, comportamientoc,ando se les somete a es*,er-os mecnicos. "stas propiedades incl,+en elmdulo de elasticidad, ductilidad, durezay varias medidas de resistencia.

Prueba de tensin el ensayo de tensines el ms ,sado para est,diarla relacin es*,er-o 7 de*ormacin2 partic,larmente en los metales2 a partir deeste ensa+o de p,ede obtener considerable in*ormacin acerca de laspropiedades de ,n material. "n este ensa+o2 ,na probeta con 0eometraestandari-ada es de*ormada2 ,s,almente asta *ract,ra2 con ,n incremento0rad,al de ,na car0a de tensin2 tendiendo a alar0ar la probeta + a red,cir s,dimetro2 dica tensin es aplicada ,ni9icamente a los lar0o del e1e a9ial de la

probeta.

>asprobetastienen en s,s e9tremos ,na seccin transversal ma+or paraevitar *ract,ras en las -onas de s,1ecin + 0enerar ,na tensin ,nia9ial en laparte central2 el cambio de seccin entre los e9tremos de la probeta + s, partecentral es 0rad,al2 las probetas 0eneralmente son cilndricas para materialesvol,minosos + planas (rectan0,lares! para materiales laminados c,+a relacinanco?espesor sea relativamente 0rande.

"l esfuerzo y la deformacin in0enieriles en ,n ensa+o de tensin sede*inen con respecto a la lon0it,d + rea ori0inales de la probeta. "stos valoresson de inter4s en dise@o por/,e se espera /,e los es*,er-os e9perimentadospor c,al/,ier componente del prod,cto no cambien si0ni*icativamente s, *orma +deben resistir los es*,er-os /,e encontraran en el servicio.

"l esfuerzonominal tambi4n denominado resistencia2 es la relacin dela car0a aplicada con respecto al rea transversal de la probeta

>a deformacin nominal representa la elongacin de la probeta por,nidad de lon0it,d.

"l ensa+o de traccin se inicia al aplicar ,na car0a a la probeta2 laprobeta se alar0a en proporcin con la car0a. "ste e*ecto se conoce comocomportamiento elstico lineal. Si se retira la car0a2 la probeta re0resa a s,lon0it,d + *orma ori0inal2 con*orme se incrementa la car0a2 se alcan-a ,n p,ntoen la relacin lineal donde el material empie-a a ceder2 este punto de fluenciadone se de*ine la resistencia a la fluenciadel material. "l p,nto de *l,enciamarca la transicin a la regin plstica+ el inicio de la deformacin plsticadel material. $l incrementarse la car0a por encima del p,nto de *l,encia contin,ala elon0acin de la probeta pero a ,na velocidad m,co ma+or /,e antes2 laelon0acin del material es acompa@ada de ,na red,ccin ,ni*orme del rea de


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la seccin transversal permaneciendo constante el vol,men del material.Finalmente la car0a aplicada alcan-a s, valor m9imo + el es*,er-o calc,lado eneste p,nto se llama resistencia mxima a la tensin. Posteriormente la car0aempie-a a descender + la probeta inicia ,n proceso tpico de elon0acinlocali-ada conocido como estriccin o formacin de cuello2 en l,0ar de se0,ir

de*ormndose de manera ,ni*orme a lo lar0o de toda s, lon0it,d la de*ormacinempie-a a concentrarse en ,na pe/,e@a seccin de la probeta. Como el reatransversal es menor en ese p,nto se necesita ,na *,er-a menor para contin,arla de*ormacin2 el es*,er-o calc,lado con el rea ori0inal decrece. "l rea dedica seccin si0,e red,ci4ndose si0ni*icativamente (se estran0,la! asta /,ese rompe + acaba el ensa+o.

Un comportamiento importante observado d,rante ,na pr,eba de tensines la ductilidadesto es la cantidad de de*ormacin plstica /,e p,ede soportarel material antes de s, *ract,ra.

"lporcentaje de elongacines ,na medida de d,ctilidad com8n sobretodo para a/,ellos materiales donde oc,rre poca o nin0,na *ormacin de c,ello.

"l esfuerzo real es la relacin de la car0a al rea transversal real(instantnea! de la probeta en ,n instante c,al/,iera d,rante ,n ensa+o detensin.

"l eco /,e el es*,er-o real a,mente contin,amente a los lar0o de ,nensa+o de tensin si0ni*ica /,e el metal se ace ms resistente con*orme lacar0a de ensa+o a,menta. "sta propiedad se llama endurecimiento pordeformacin/,e es ,na caracterstica /,e e9iben la ma+ora de los metales.

"l trabajo en frio2 tambi4n conocido como con*ormado en *rio2 es a/,elcon*ormado de metal /,e se reali-a a temperat,ra ambiente o li0eramente porencima. Una de las caractersticas /,e le con*iere el traba1o en *rio a los metaleses el a,mento de s, resistencia + la dismin,cin de s, d,ctilidad.

"l m9imo traba1o en *rio /,e se le p,ede dar a ,n material mediantetensin es s, porcenta1e de reduccin de rea.

>a deformacin a la fracturade ,n material en s, estado recocido es lama+or de*ormacin /,e p,ede soportar ese material.

>a durezaes ,na propiedad ,sada com8nmente como base c,alitativa decomparacin entre materiales o en especi*icaciones para tratamiento t4rmico2 enla man,*act,ra o control de calidad + para correlacionar con otras propiedadesde materiales.

"l ensayo de dureza de brinell es ampliamente ,sado para probarmetales + no metales de d,re-a ba1a + media2 este ensa+o consiste en aplicar


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,na car0a a ,na bola de acero end,recido (o de carb,ro de t,n0steno! de ciertodimetro2 para /,e presione en ,na parte plana del material s,1eto a pr,eba2 acontin,acin el dimetro promedio de la ,ella impresa se mide empleando ,naescala adec,ada inte0rada a ,n microscopio de ba1a potencia. "l n8mero ded,re-a brinell2 AB2 se de*ine como la car0a dividida entre al rea de la ,ella2 el

n8mero de d,re-a siempre se indica sin ,nidades a,n/,e en realidad est en,nidades de presin. >os n8meros de d,re-a brinell dependen de la car0aaplicada2 el tama@o del penetrador es*4rico2 + en menor medida el tiempo deaplicacin de la car0a. >os n8meros de d,re-a *rec,entemente se enc,entranentre 6 + 6::2 para escala brinell estndar2 c,anto menor sea el n8mero msblando es el material. Mientras ms d,ro sea el material /,e se va a ensa+ar2menor ser la impresin o ,ella2 por lo /,e en 0eneral se recomienda ,nacar0a comprendida entre :: a 3:::


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IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL, MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

i. Para ena!" #e $ra%%i&n

Materiales5

'res probetas de traccin5 ,na de acero :;: recocido2 ,na de latn

recocido + ,na de al,minio recocido

"/,ipos5

Ma/,ina ,niversal de ensa+os de traccin de ; toneladas de capacidad

ernier

Marcador +?o ra+ador

Desarrollo e9perimental5

"nsa+o de traccin de la probeta de acero :;:2 aciendo dos paradas

con descar0as5 ,na desp,4s de *l,encia + otra desp,4s de car0a m9ima+ a s, ve- medir dimetros instantneos con + sin descar0a.

"nsa+o de traccin de la probeta de latn recocido2 aciendo varias

paradas para medir dimetros instantneos (sin descar0a!

"nsa+o de traccin de la probeta de al,minio recocido en *orma contin,a

ii. Para ena!" #e #'re(a

Material5

Probetas provenientes de la prctica de traccin

"/,ipos5

"/,ipos de corte + p,lido de metales

D,rmetros

Desarrollo e9perimental5

Medir la d,re-a roc


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V. RESULTADOS Y DISCUSION

Ena!" #e $ra%%i&n

$ctividad

Tabla 1: propiedades de las probetas ensayadas

Material deProbe

ta

Sy[Kgf/mm

^2]

Su[Kgf/mm

^2]

Sfr[Kgf/mm

^2]

fr[Kgf/mm

^2] %El %Ra frAo

[mm]Af

[mm]Lo

[mm]Lf

[mm]

argade

fratua [!gf

alumi"io

reoido 4,9420 10,6530 5,4030 30,7384

23,6267

82,6020

1,7488

65,1800

11,3400

47,1500

58,2900

348,570

lat#"reoi

do 23,5290 43,8570 41,6280 70,305428,92

5640,78

530,52

4066,47

0039,36

0049,61

0063,96

002767,2

10aero

$2reoido

Syh:

34,703Syl:34,194 51,0270 37,6780 103,1557

35,1471

63,8736

1,0181

63,6100

22,9800

45,2100

61,1000

2370,580

Figura 1. Curva esfuerzo-deformacin ingenieril para la probeta de latn recocido


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Figura 2. Curva esfuerzo-deformacin ingenieril para la probeta de aluminio recocido

Figura . Curva esfuerzo-deformacin ingenieril para la probeta de acero 1!2! recocido

$ctividad ;

Tabla 2: valores reales de esfuerzo, deformacin y coeficiente de endurecimiento pordeformacin para el acero 1!2! recocido

di&metro

i"'ta"t&"eo

[mm]

&reai"'ta"t&

"ea[mm^2]

e'fuer(oi"ge"ier

il[!gf/mm

^2]

argareal

i"'ta"t&"ea

[Kgf]

e'fuer(oreal

[Kgf/mm^2]

deformai#" real

L)*e'fuer(o

real[Kgf/mm

^2]

L)*deformai#" real

o[!gf/mm

^2]

8,8700 61,7909 35,61002265,152

1 36,6584 0,0290 1,5642 -1,5374 87,2013

8,8200 61,0962 38,48002447,712

8 40,0633 0,0403 1,6027 -1,3945 87,9250

8,7300 59,8557 42,30002690,703

0 44,9532 0,0608 1,6528 -1,2159 89,2075


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8,6500 58,7637 44,26002815,378

6 47,9101 0,0792 1,6804 -1,1010 89,1164

8,5700 57,6818 44,89002855,452

9 49,5035 0,0978 1,6946 -1,0095 87,4520

8,4700 56,3435 46,94002985,853

4 52,9937 0,1213 1,7242 -0,9161 88,8162

8,3700 55,0209 48,38003077,451

8 55,9324 0,1451 1,7477 -0,8385 89,7261

8,2800 53,8441 48,24003068,546

4 56,9895 0,1667 1,7558 -0,7781 88,3647

8,1700 52,4229 48,81003104,804

1 59,2261 0,1934 1,7725 -0,7135 88,5470

8,0600 51,0208 48,57003089,537

7 60,5545 0,2205 1,7821 -0,6565 87,6722

7,8800 48,7674 48,26003069,818

6 62,9482 0,2657 1,7990 -0,5756 87,0740

7,4700 43,8246 47,66003031,652

6 +,-$.+, 0,3726 1,8400 -0,4288 88,0903

Figura 4: curva esfuerzo-deformacion real con ajuste logaritmico para una probeta de acero1020 recocido en su zona plastica


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Figura 5: curva esfuerzo-deformacion real con ajuste lineal para una probeta de acero 1020

recocido en su zona plastica

"c,acin de end,recimiento de ollomon para el acero :;: recocido

E2;G(H!:2;

Tabla : valores reales de esfuerzo, deformacin y coeficiente de endurecimiento pordeformacin para el latn recocido

di&metro

i"'ta"t&"eo

[mm]

&reai"'ta"t&

"ea[mm^2]

e'fuer(oi"ge"ier

il[!gf/mm

^2]

argareal

i"'ta"t&"ea

[Kgf]

e'fuer(oreal

[Kgf/mm^2]

deformai#" real

L)*e'fuer(o

real[Kgf/mm

^2]

L)*deformai#" real

o[!gf/mm

^2]

9,0300 64,0402 29,04001930,288

8 30,1418 0,0372 1,4792 -1,4290 67,4507

8,9800 63,3330 31,64002103,110

8 33,2072 0,0483 1,5212 -1,3156 69,7113

8,8200 61,0962 34,41002287,232

7 37,4366 0,0843 1,5733 -1,0742 68,5887

8,7000 59,4450 36,77002444,101

9 41,1153 0,1117 1,6140 -0,9520 70,3140

8,5800 57,8165 39,30002612,271

0 45,1821 0,1395 1,6550 -0,8555 73,1800

8,3900 55,2842 40,82002713,305

4 49,0792 0,1843 1,6909 -0,7346 74,2537

8,2600 53,5843 42,25002808,357

5 52,4101 0,2155 1,7194 -0,6666 76,3114

8,1500 52,1666 42,91002852,227

7 54,6754 0,2423 1,7378 -0,6156 77,3568

7,9800 50,0130 43,52002892,774

4 .-01 0,2845 1,7622 -0,5460 78,6836


13/20

7,9700 49,8877 42,73002840,263

1 56,9331 0,2870 1,7554 -0,5422 77,2831

Figura 4: curva esfuerzo-deformacion real con ajuste logaritmico para una probeta de latonrecocido en su zona plastica

Figura 7: curva esfuerzo-deformacion real con ajuste lineal para una probeta de latonrecocido en su zona plastica

"c,acin de end,recimiento de ollomon para el latn recocido


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EG323(H!:23;

$ctividad 3

Tabla ": porcenta#es de traba#o en frio, deformacin de traba#o en frio yresistencia a la fluencia y m$%ima para la probeta de acero 1!2! recocido antesy despu&s de la carga m$%ima

acero1020

recocido

di&metro de

de'arga [mm]

&rea detrabaoe" frio

[mm^2]

% detrabaoe" frio

deformai#" detrabaoe" frio

re'i'te"ia a la

3ue"iae45erime

"tal[!gf/mm

^2]

re'i'te"ia a la

te"'i#"e45erime

"tal[!gf/mm^

2]a"te'

de

argam&4im

a 8,5800 57,8165 9,1079 0,0955 33,5861 53,7010de'5u6

' deargam&4im

a 7,8600 48,5202 23,7224 0,2708 36,6584 63,9900


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Ena!" #e #'re(a

$ctividad

#ota5 al reali-ar el anlisis de res,ltados el e/,ipo se dio c,enta /,e ,bo ,n

error en la lect,ra de la d,re-a del acero :;: recocido en la tabla de conversin de lad,re-a roc


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$ctividad 3

#ota5 $l i0,al /,e el caso anterior al no aber ,na variacin de al menos ;car0as no es posible calc,lar la ec,acin de end,recimiento de me+er2 lo ideal es /,eal tener al menos dos p,ntos con di*erentes valores de car0a + dimetro de ,ella

podemos establecer ,n sistema de dos ec,aciones con dos inc0nitas donde lasvariables seria el exponente de endurecimiento por deformacin de meyer-n+ laconstanteA*u& se refiere al valor de la carga correspondiente para de#ar impresa unauella de 1 mm de di$metroen el material est,diado ,na ve- allado el e9ponente deend,recimiento por de*ormacin de me+er podemos relacionarlo con el e9ponente dede*ormacin de ollomon + as podremos compararlo con el clc,lo anterior de laprctica de ensa+o de traccin.

$ctividad J

Figura /: representacin del c$lculo de b para el acero 1!2! recocido y el latnrecocido conociendo m de la pr$ctica de traccin

Tabla 0: datos de la resistencia m$%ima a partir del grafico b para el acero 1!2!recocido y el latn recocido.

materialKb

[!gf/m^2 /!gf/mm^2]

Su[!gf/m^2]

Su[!gf/mm^2

]lat#"

reoido 46,9 5002,823 50,03

aero $2reoido 44,8 7735,62 77,36


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Tabla /: datos comparativos de la resistencia m$%ima obtenida por el ensayo detraccin y por el ensayo de dureza

materiallat#"

reoidoaero $2

reoido

Su

[!g/m^2]5or dure(a

50,03 63,99

Su[!g/m^2]

5ortrai#"

57,84 77,36

$#$>ISIS5

"n la prctica de ensa+o a traccin del acero :;: recocido2 latn + al,minio seobserva como cada ,no de estos es di*erente en cada ,na de s,s propiedades2 esnotorio como el acero :;: es el /,e posee ma+or resistencia a *l,encia + m9ima pero

tiene ,na resistencia a la *ract,ra moderada es decir es ms *r0il /,e el latn peroeste posee ,na resistencia a la *l,encia + m9ima moderada2 donde se evidencia /,e,n material mientras ms car0a resista no necesariamente resiste ms a la *ract,ra.Mientras /,e en el al,minio de observa como posee ,na resistencia la *l,encia2m9ima + de *ract,ra ba1a. er tabla 13

Por ensa+os +a ecos + encontrados en la teora sabemos de antemano /,e elal,minio *orma m,co c,ello a la ora de la *ract,ra2 mientras /,e el latn no *ormacasi c,ello + el acero *orma medianamente. 'eora /,e se evidencia con los datosobtenidos en el K de red,ccin de rea K.$ ver tabla 13. "n el al,minio se observa/,e la di*erencia entra el porcenta1e de elon0acin (K"l! + el porcenta1e de red,ccin

de rea (Ka! es notable aci4ndonos ver la cantidad de c,ello /,e *orma /,e era elres,ltado esperado. "n el acero se observa ,na menor di*erencia pero a,n assatis*aciendo los res,ltados + en c,anto al latn se nota ,na seme1an-a en el K"l + elK.$ siendo este el menor porcenta1e entre los tres materiales de esta manera sesatis*ace /,e el latn es el /,e *orma menos c,ello a la ora de la *ract,ra. er tabla13

'odos estos datos se p,eden obtener al 0ra*icar la c,rva de es*,er-oLde*ormacin in0enieril2 es decir manteniendo el rea constante2 pero no son los reales2la realidad es /,e a medida /,e ,n material se estira s, rea dismin,+e por el principiode conservacin de la masa2 por lo /,e ac,dimos a medir el rea instantnea para

cierta car0a aplicada en el ensa+o de traccin + as poder 0ra*icar + obtener ,na c,rvaes*,er-oLde*ormacin real2 en donde se evidencia el a,mento en la resistencia m9ima+ la de*ormacin2 del acero ba1o de carbono recocido (ver tabla ;! + en el latn recocido(ver tabla 3!. $ora /,e se sabe /,e dicos valores a,mentan al verlo 0r*icamente senota ,n a,mento de la pendiente de la c,rva2 para precisar esto se ac,de a lineali-ar lac,rva mediante ,na escala lo0artmica de tal manera se obtiene la pendiente dea,mento de la c,rva2 de esta manera se lo0ra obtener la ec,acin de end,recimientode ollomon2 dica ec,acin depende de ,n *actor de crecimiento e9ponencial mpor la


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pendiente de la c,rva lineali-ada2 adems de este *actor la ec,acin tambi4n dependede ,na constante del material en s, estado de recocido constante /,e se a+a ,na ve-de*inida m+ se le conoce como coeficiente de endurecimiento por deformacin.

Como +a se sabe el ensa+o de traccin se basa en la aplicacin de car0a a

tensin de ,n material de tal manera /,e se de*orma asta lle0ar a s, *ract,ra2 estade*ormacin prod,ce ,n traba1o en *rio en el material /,e va a la mano delcomportamiento del rea transversal en *,ncin de la de*ormacin2 a medida /,e eltraba1o en *rio a,menta el rea transversal de la pie-a dismin,+e + el material a,mentas, resistencia a car0a m9ima ver tabla "3

"n el ensa+o de d,re-a se aplica la escala roc


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acero :;: recocido2 lo c,al se debe a la relacin con la d,re-a del material. (er tabla03

$l comparar el valor de la resistencia m9ima obtenido a trav4s del ensa+o ded,re-a con el valor obtenido del ensa+o a traccin se evidencia /,e el valor de laresistencia m9ima en el ensa+o de traccin es ma+or /,e el del ensa+o de d,re-a

cosa /,e debe ser as debido al traba1o en *rio /,e presenta el material en el ensa+o detraccin2 de esta manera se v,elve a evidenciar /,e el traba1o en *rio a,menta laresistencia del material. er tabla /3

VI. CONCLUSIONES

i. "l comportamiento de las propiedades mecnicas varia para cada tipo dematerial

ii. >a 0ra*ica es*,er-oLde*ormacin in0enieril representa el comportamiento

del material ante la car0aiii. >os materiales de ma+or resistencia no son los de ma+or d,ctilidadiv. >os materiales /,e presenten ma+or porcenta1e de red,ccin de rea

*orman ms c,ello a la ora de la *ract,rav. "l eco de /,e el es*,er-o real a,mente contin,amente a lo lar0o de ,n

ensa+o de traccin si0ni*ica /,e el material se ace ms resistentevi. >a ec,acin de end,recimiento de ollomon relaciona el comportamiento

real de ,n material a lo lar0o de s, de*ormacin en traba1o en *riovii. >a ec,acin de end,recimiento de ollomon nos da la resistencia real del

material en s, -ona plstica o elstica.viii. "l traba1o en *rio aplicado a ,n material a,menta la resistencia + d,re-a

de este mismoix. "l traba1o en *rio se relaciona con le ec,acin de end,recimiento deollomon

x. "l ensa+o de d,re-a oca ec,acin de Me+er est relacionada con la ec,acin de Aollomon

xiii. "s posible obtener la resistencia m9ima a partir de ,n ensa+o de d,re-a


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VII. ANEXOS

Figura 5: tabla de relacin de durezas

VIII. RECOMENDACIONES

"l traba1o en *rio al no re/,erir calentamiento2 se aorra costos de ener0a +comb,stible permitiendo lo0rar ma+ores velocidades de prod,ccin a nivel deman,*act,ra sin olvidar /,e al reali-ar dico traba1o a,menta la resistencia del material

IX. BIBLIO/RA0IA

i. 6u7a procesamiento de metales 8. Conceptos b$sicos. 9rof. 4ary Torres.niversidad ;imn )ol7var.

traccion y dureza

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