Universidad Nacional de IngenieríaFacultad de Ingeniería Mecánica Informe de Laboratorio Nº 2 “Ensayo de Tracción” Integrantes: Valladares Martel, Alfredo Renato López Zapata, Erwin Daniel Mori Ozambella, Joel Eduardo 20141235I 20134507G 20144067J Curso: CIENCIA DE LOS MATERIALES MC 112 Profesor: Mario Ticona Sección: “D” Fecha de entrega: 30 de Abril del 2015 SAE1045 5.4.1.1. Anexo1 10.1.1. 1.3.1. Valores de propiedades mecánicas 7.1. Cobre 5. Elongation at fracture 3. Gráficas obtenidas 7.3. SAE1045 7.6.1. Referencias 5. Alumnio 7.5. Yield point elongation 4. Tablas de fuerza/desplazamiento 7.4.2.3. Tabla de resumen 7.1.6. Conclusiones 9. Recursos 5. Datos calculados 7. Observaciones.5.4. SAE1010 7.1. Objetivo 2.2.2. Bronce 7.5. 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 7 7 8 8 8 9 9 10 10 10 11 11 12 12 13 13 13 14 14 15 15 15 16 16 17 17 17 17 1 .2. Recursos Materiales 5.1.3. Alumnio 5. Terminología Aplicable 3. Cobre 7.1.3.2.4.7. Uniform elongation 3.2. SAE1010 7.1. Equipo 5. SAE1010 5.5.Índice 1.2.5.1.4. SAE1010 7. Recursos Humanos 6. Alumnio 7.3. Cobre 7.5.4. Probetas 5. Recomendaciones 10. Upper yield strength 3.1. Lower yield strength 3.2.1. SAE1045 7.2. Resultados 7.3. Procedimientos de ensayo 7. Bronce 7.3.1.4.2. Verificación de medidas normalizadas 7.2.4.2.7.3. Anexos 10.4. Anexo2 Pg.4. Alumnio 7.1.1. SAE1045 7.1. Bronce 5. Bronce 7. Fundamento Teórico 3. Uniaxial test 3. Gráfico comparativo 8. Cobre 7.3.4.3.1.2. Discontinuous yielding 3. Se tienen como datos iniciales el diámetro D 0 de la sección transversal de la probeta y la longitud L0 medida entre dos puntos de la probeta. 2. 2008) (1) (2) Sin embargo estas relaciones consideran un área transversal y una longitud constante. Gráfica ingenieril y real del esfuerzo vs deformación unitaria. Sin embargo. si tomamos en cuenta las relaciones de las ecuaciones 3 y 4 obtendremos una curva real de tensión/deformación unitaria. A la curva producto de estas consideraciones se le denomina curva de esfuerzo ingenieril. (François Retalliau. 2002) 2 . Objetivo Presentar los datos obtenidos y en base a ellos realizar un análisis que nos permita entender las características de los materiales estudiados en el ensayo de tracción. ( ) (3) ( ) (4) Figura 1. (Michael F. 1982) El objetivo de este ensayo es obtener curvas carga/desplazamiento que luego puedan ser traducidas a curvas de tensión/deformación unitaria. Las diferencias entre estas gráficas se pueden observar en la figura 1. (Kalpakjian. Para ello podemos usar las relaciones que nos proporcionan la ecuación 1 y 2. Fundamento Teórico El ensayo de tracción consiste en someter una probeta a dos fuerzas extensoras “F” crecientes hasta la rotura.1. Ashby. Serope y Schmid. 3. España. 4. p. Terminología aplicable 3. ignorando los efectos transitorios. México. 2008. la tensión mínima registrada durante la fluencia discontinua.4. Steven R. p. el primer valor máximo de tensión (primera pendiente cero) asociada con la fluencia discontinua cerca al inicio de la deformación plástica.106. François Retalliau. del punto de transición de la fluencia discontinua al endurecimiento por deformación uniforme. Kalpakjian. Para muchos materiales que no presentan una disminución repentina en la fuerza.. 4 edición. Ashby. Michael F. Estudio de los proyectos: II. Materiales para ingeniería 1. 2002. 3. Introducción a las propiedades. Manufactura. 3. España. Elongation at fracture (Alargamiento de rotura): Es el alargamiento medido justo antes de la disminución repentina de la fuerza asociada con la fractura. Yield point elongation (elongación de fluencia): En una prueba uniaxial. 60. de pendiente cero de la curva tensióndeformación. p. 3. Standard Test Method and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products. de igual magnitud y sentido contrario.7. el alargamiento de rotura se puede tomar como la tensión medida justo antes de que la fuerza cae por debajo de 10% de la fuerza máxima encontrada durante la prueba.2. debido a la fluencia localizada.1813.5. ingeniería y tecnología. la deformación (expresada en porcentaje) separando el primer punto. Standard Test Method for Tension Testing of Metallic Materials. 3. Upper yield strength (límite elástico superior): En una prueba uniaxial. las aplicaciones y el diseño.61.3.6.1.p. Referencias ASTM A370. 2° edición. La elongación uniforme incluye elongación elástica y plástica. Lower yield strength (límite elástico inferior): En una prueba uniaxial. 1982. Uniform elongation (elongación uniforme): Refiere a la elongación determinada en la fuerza máxima sostenida por la pieza de ensayo justo antes de la formación de cuellos o fractura. una oscilación o fluctuación de la fuerza es observada en el inicio de la deformación plástica. Discontinuous yielding (Fluencia discontinua): En ensayos uniaxiales. ASTM E8.3. Cálculos y ensayos. o ambos. 3 . edición 2008. Serope y Schmid. Uniaxial test (Ensayo uniaxial): Se refiere a los ensayos de tracción en los cuales sobre la probeta de ensayo solo actúan dos fuerzas colineales. 3. 92 mm de diámetro inicial y 25. Resistencia de fluencia:530 N/mm².5. Resistencia última: 160-200 N/mm². Resistencia última: 630 N/mm². Probetas 5. Resistencia última: 370 N/mm².1. Probeta de aluminio antes del ensayo.2. Probeta de SAE 1010 antes del ensayo. SAE 1010 1 Probeta. Figura 4.20 mm de diámetro inicial y 25. Probeta de cobre antes del ensayo. Resistencia última: 300-900 N/mm².12 mm de diámetro inicial y 25. Resistencia de fluencia:353.1. 6.25 mm de diámetro inicial y 25.16 N/mm².1.40mm de longitud de referencia inicial.1. Aluminio 1 Probeta. Probeta de SAE 1045 antes del ensayo.1. Cobre 1 Probeta.1. 5.33 mm de diámetro inicial y 25.1. 6. Bronce 1 Probeta. Resistencia de fluencia:300 N/mm².1.1. Figura 6.40mm de longitud de referencia inicial.40mm de longitud de referencia inicial. 4 .1.40mm de longitud de referencia inicial.5. Figura 5. 5.1.1.40mm de longitud de referencia inicial. 6.4. Figura 2.1 Recursos Materiales 5. 6.3.1. De fácil mecanizado. Probeta de bronce.21 N/mm². SAE 1045 1 Probeta. 5. De fácil mecanizado. 5. Recursos 5. Resistencia última: 363-402. Figura 3. 5. 5. Realizar las mediciones de condición inicial de la probeta a ensayar. Equipo 5. 6.1. Máquina de tracción utilizada en el ensayo.2. en este paso no se medirá. 5. Figura 7. Máquina de tracción del Laboratorio 4 de la FIM-UNI. 5 . Figura 8. sino que se preparará la probeta. Procedimientos de ensayo 6.1. En el caso que se deseen medidas normalizadas. Imagen de referencia para el paso 1. los datos a medir más importantes en este paso son la longitud de referencia inicial y el diametro inicial.1.2. Recursos humanos Técnico capacitado del laboratorio 4 de la facultad de ingeniería mecánica de la UNI.1.2. Imagen de referencia para el paso 2. de forma que podamos obtener una distribución que tomaremos por gráfica de carga/desplazamiento. 6. Imagen de referencia para el paso 3. 6 . Colocar el papel milimetrado en la posición mostrada. Figura 10.6. 6.2. Figura 9. así como observar comportamientos extraños que nos indiquen el momento en el cual el material se encuentra en el Yield point elongation y podamos medir la carga de fluencia. Aplicar la carga. ésta irá aumentando de forma gradual. por lo que es necesario observar los datos de carga que nos muestra el “reloj” de la máquina.3. Colocar la probeta en la máquina de tracción.4. asegurando que ésta esté bien sujetada por las garras de la máquina. Imagen de referencia para el paso 5. En muchos casos obtener estos datos es más fácil de obtener que la carga de fluencia.5. Finalmente. (Su medida de diámetro escapa del rango normalizado) SAE 1045: Normalizado. obtener valores de carga máxima y/o rotura si se cree conveniente.Figura 10. 6. (Su medida de diámetro escapa por muy poco del rango normalizado) SAE 1010: No normalizado. y con el uso del “reloj” de la máquina medir las cargas que marcan la manecilla negra y roja. Aluminio: Normalizado. Imagen de referencia para el paso 4. pues los comportamientos extraños dependen del material. Resultados 7. (Sus mediadas se encuentran en el rango de Small –Size Specimens Proportional to Standard) Bronce: No normalizado. (Sus mediadas se encuentran en el rango de Small –Size Specimens Proportional to Standard) 7 . Para obtener nuestros datos es necesario llevar a la probeta hasta la rotura.1. Verificación de medidas normalizadas. (Sus mediadas se encuentran en el rango de Small –Size Specimens Proportional to Standard) Cobre: Normalizado. Figura 11. 7. por lo cual no siempre existirán. 22mm Máximo esfuerzo 692.67mm - 676.92kgf 4.00mm - 1090. Aluminio Tabla 1.00mm - 500.38kgf 1.44mm Rotura 7.55mm - 576. Fuerza/desplazamiento en el cobre.69mm - 945.34mm - 993.00mm - 1038.33mm - 762.00kgf 2.89mm - 692.2.00kgf 0.26mm - 686.2.31kgf 2.06mm - 728.31kgf 1.96kgf 1.7.94kgf 3. Fuerza/desplazamiento en el aluminio.85kgf 3.66mm Rotura 8 .78mm - 700.70kgf 3. Fuerza ∆L Observación 0.23mm - 576.00kgf 0.01kgf 3.66mm - 653.00kgf 0.1.44kgf 2.24kgf 2.93mm - 743. Cobre Tabla 2. Fuerza ∆L Observación 0.2. Tablas de fuerza/desplazamiento obtenidas: 7.00kgf 0.80mm Máximo esfuerzo 1082.85kgf 0.98mm - 899.44mm - 653.2.17kgf 1.92kgf 0.17kgf 1.92kgf 0. 23kgf 5. Fuerza/desplazamiento en el SAE1010.81kgf 2.23kgf 4.45mm Máximo esfuerzo 1534.39mm - 1560.69mm 1319.00kgf 5.00mm - 9.41mm 911.60mm Rotura 9 .14mm 1280.81kgf 8. SAE1010 Tabla 4.23mm 1126.21mm - 19.57kgf 3. Bronce Tabla 3.76kgf 2.48mm - 1264.00kgf 4.00mm 49.09mm 972.24kgf 8.87kgf 1.2.70kgf 5.68mm - 1145.32mm Máximo esfuerzo 1319.4.00kgf 0.75kgf 7.00kgf 0.26kgf 0.76kgf 1.08mm Rotura 7.84kgf 0. Fuerza/desplazamiento en el bronce.82mm - 1405.77mm 1126.27mm - 1236.30kgf 1.44mm - 89.62kgf 2.61mm - 1335.41kgf 2.87mm 1280.14kgf 1.95kgf 0.75kgf 3.96mm - 1534.33mm - 1513.30mm 1065.50mm 1320. Fuerza ∆L Observación 0.7.3.41kgf 1.45kgf 1.24mm - 1444.50mm 1034.2.70kgf 3.68kgf 0.32mm 1234. Fuerza ∆L Observación 0.86kgf 1. 1.24kgf 0.17 σreal (kgf/mm²) 0.56 19.01 0.28mm 2276.02 0.42 22. Fuerza/desplazamiento en el SAE1045.10 0.69 22.21 24.06kgf 0.35kgf 5.94kgf 0.45 ξreal (mm/mm) 0.13 0.80mm 2482. Esfuerzos y deformaciones unitarias en el aluminio. SAE1045 Tabla 5.08 0.03 0.00kgf 0.77mm 1835.5.39mm 1541.51mm 1688.53mm Máximo esfuerzo 2570.11 ξing(mm/mm) 0.34 24.10 0.57mm 2570.03 0.00mm 805.59kgf 4.53kgf 5.93 23.66 19. σing (kgf/mm²) 0.00 16.93 21.21 25.53 25.23 23.44 22.29kgf 1.2.13mm 2423.03 0.88kgf 0. Datos calculados en base a las tablas 1-5 y condiciones de longitud inicial.3.11 21.03mm 1982.35kgf 1.02 0.35kgf 2.19 22.08mm 2600.16 10 .7.14 0. Fuerza ∆L Observación 0.26mm 1247. 7.59kgf 3.00 0.06mm 952.3.47kgf 1. Aluminio Tabla 6.07 0.00kgf 3.03 0.16mm Rotura 7.18kgf 0.71 19.35kgf 6.01 0.00 16.39mm 2332.00 0.36mm 2482.09 0.07 0.66 22. 06 0.02 0.16 0.46 59.14 40.09 0.11 0. Esfuerzos y deformaciones unitarias en el cobre.00 0.3.85 0.06 0.3.00 36.07 0.01 0.18 0.13 0.08 0.09 0.13 0.7.50 45.71 0.03 52.05 0.03 0.09 0.39 47.06 0.06 0.00 45.80 25.78 49.72 48.04 0.03 0.09 0.14 27.88 44.13 0.04 0.13 7.63 34.00 35.11 51.08 0.11 24.33 0.25 23.61 ξreal (mm/mm) 0.07 0.2.05 0.03 0. Bronce Tabla 8.67 3.09 0.36 0.17 ξing(mm/mm) 0.3.12 0.62 57.21 32.02 0.84 32.55 33.64 52.34 0.40 30.00 0.75 22.65 36.68 3.81 29.32 24. σing (kgf/mm²) 0.05 0.00 0.08 0.20 σreal (kgf/mm²) 0.17 26.53 35.28 33.67 35.00 0.31 62.03 0. σing (kgf/mm²) ξing(mm/mm) σreal (kgf/mm²) ξreal (mm/mm) 0. Esfuerzos y deformaciones unitarias en el bronce. Cobre Tabla 7.17 53.04 43.00 0.07 0.01 0.94 42.58 0.05 0.13 62.06 0.00 53.45 52.00 0.12 0.06 38.12 0.12 0.11 0.01 27.18 11 . 09 ξreal (mm/mm) 0.07 0.02 0.14 0.28 0.05 0.04 0.88 77.65 41.62 81. Esfuerzos y deformaciones unitarias en el SAE1045.01 48.61 48.34 σreal (kgf/mm²) ξreal (mm/mm) 0.01 0.06 0.04 0.07 0.10 59.00 1.21 0.19 0.7.10 0.3.07 0.48 53.01 46.16 35.00 0.11 ξing(mm/mm) 0.88 81.01 74.68 78. σing (kgf/mm²) 0.59 37.37 56.25 0.33 0. Esfuerzos y deformaciones unitarias en el SAE1010.00 0.59 94.04 0.16 0.97 53.02 0.10 0.12 0.68 66.15 0.77 ξing(mm/mm) 0.5.72 94.79 33.28 44.13 0.82 34.68 82.00 25.50 40.59 40.00 0.00 0.20 0.89 0.00 0.75 50.02 0.4.11 0.17 77.12 0.21 0.85 91.02 0.00 1. σing (kgf/mm²) 0.12 0.17 0.32 62.52 58.41 51.19 0. SAE1010 Tabla 9.01 38.06 0.35 92.67 30.09 0.45 86.65 58.61 41.04 48.10 95.40 37.03 0.27 60.29 7.34 78.82 93.14 0.3.23 49.04 0.18 0.07 0.03 0.63 48. SAE1045 Tabla 10.28 0.09 0.22 12 .93 46.18 0.23 0.99 72.05 0.88 54.00 0.61 30.01 44.00 25.28 39.96 55.02 0.16 0.21 0.11 59.02 0.24 σreal (kgf/mm²) 0.01 0. 1.4. Gráficas obtenidas mediante los puntos tabulados de las tablas 6-10. (Realizado con Autocad 2015-Student Version) 7. Cobre Figura13.7.4. (Realizado con Autocad 2015-Student Version) 13 . Aluminio Figura 12. 7. Esfuerzo/deformación real vs ingenieril en el cobre. Esfuerzo/deformación real vs ingenieril en el aluminio.2.4. (Realizado con Autocad 2015-Student Version) 7.4.3.7. (Realizado con Autocad 2015-Student Version) 14 . Bronce Figura 14. Esfuerzo/deformación real vs ingenieril en el bronce. Esfuerzo/deformación real vs ingenieril en el SAE1010.4. SAE1010 Figura 15.4. 77 74. Módulos de elasticidad. Esfuerzo/deformación real vs ingenieril en el SAE1045.19 51.64 5.0142 0.82 37.11 15 .78 30.62 19. Resumen de los datos hallados en el presente informe Material Aluminio Cobre Bronce SAE1010 SAE1045 σf (kgf/mm²) σmax (kgf/mm²) σrot (kgf/mm²) 20.17 38.99 1.5.60 33.19 35.54 30.91 3.53 53.11 23. A partir de las gráficas mostradas en las figuras 12-16.4.5.1970 R (kgf/mm²) 1. (Realizado con Autocad 2015-Student Version) 7. resiliencia.04 82. se pueden calcular valores de propiedades mecánicas que se muestran en la siguiente tabla: Tabla 11.68 6. SAE1045 Figura 16. tenacidad y porcentaje de estricción experimentales en los materiales.36 52.0287 0.62 %ѱ (mm²/mm²) 45.75 19.03 48.78 88.59 47.6.48 52.98 53.84 T (kgf/mm²) 24.41 51.7. Material E (kgf/mm²) Aluminio Cobre Bronce SAE1010 SAE1045 0.97 49. Tabla de resumen Tabla 12.0256 0.11 22.0296 0.96 7. 11. Gráfico comparativo de ciertas propiedades mecánicas en los materiales ensayados. SAE1010 y SAE1045 pueden mostrarnos que han sido modificados ligeramente y sus propiedades han aumentado muy poco. 16 . Se concluye que el ensayo de tracción nos brinda una gran cantidad de datos respecto al material estudiado.7. pues en el cobre existe un error de 0. Se concluye de la observación de la tabla de resumen y de las propiedades de los materiales usados que nuestros datos en el caso del aluminio. los datos probablemente han sido correctos.7% respectivamente. Conclusiones Se concluye de las tablas 1-10 que tal como se suponía. por lo cual se nota que aporta diferentes datos. las gráficas de carga/deformación y de esfuerzo/deformación unitaria real son similares. por lo cual nuestros datos obtenidos nos podrían ayudar a determinar el material específico que se utilizó en este caso.95%.6% y 1. aunque en diferentes constantes. El error en caso que hubiesen sido puros sería de una media de 15. Podemos visualizar mejor los datos obtenidos en el siguiente gráfico comparativo: 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 σf (kgf/mm²) σmax (kgf/mm²) σrot (kgf/mm²) Aluminio Cobre Bronce ξ Rotura SAE1010 %ѱ SAE1045 Figura 17. En los casos del cobre y bronce. por lo que la gráfica se puede ensanchar o alargar.6% y en el bronce existe un rango dependiendo de la aleación. Ergo es necesario y por ello de gran uso en el campo industrial.7. pues sus pares ordenados son proporcionales. que quizá en ciertas condiciones necesiten ser tomados en cuenta. 8. Se concluye que la gráfica de esfuerzo real toma otro rumbo. trabajar con estas facilita el trabajo realizado y optimiza el análisis.1. Se observa que los cálculos realizados en el presente informe podrían automatizarse programando un software. Tabla de datos de laboratorio Tabla 13.25mm 25. Normalizaciones de la ASTM E8 17 .56mm - 10.06mm 600kgf 6.84mm 6. se debe realizar de manera estructurada. Observaciones Se observa que el cuidado en este tipo de ensayos es importante.40mm 1560kgf 5.48mm 5.33mm 25. 10. y en los valores representativos del ensayo de tracción.40mm 920kgf 1320kgf 3.2 Anexo2.45mm 34.92mm 25. También se observa que en estos casos.40mm 950kgf 1090kgf 3. Material Aluminio Cobre Bronce SAE 1010 SA1045 Diámetro 0 Longitud 0 Fza fluencia Carga máx.12mm 25.00mm 1000kgf 6. el cuerpo desprende calor. Anexos 10.65mm 29. Se observa que los materiales empleados tienen propiedades diversas. lo cual se observa en las gráficas obtenidas.04mm 29. pues realizar las mediciones iniciales incorrectamente desataría una serie de datos erróneos. sin embargo. Datos iniciales y finales que se usaron en los cálculos de las tablas anteriores. lo cual simplificaría y sofisticaría el ensayo de laboratorio.40mm 1640kgf 2600kgf 4. en el comportamiento de fluencia experimental. Se observa que no es necesario trabajar con medidas normalizadas. Diametro f Longitud f Fza rotura 6. Se observó en el laboratorio que en algunos casos la resistencia de un material puede retrasar el fin del experimento he incluso podría superar la gama de cargas que tiene el equipo usado. Anexo1.9.20mm 25.55mm 31.31mm 30.40mm 620kgf 700kgf 4.