CAPÍTULO II. RESULTADOS CargaVSElongación,

CAPÍTULO II. RESULTADOS
Luego de haber realizado el ensayo de tracción, se obtienen datos de
CargaVSElongación,
los
cuales
son
traducidos
a
una
gráfica
de
EsfuerzoVSDeformación, tanto real como ingenieril. Estas gráficas permiten la
identificación de diversos valores de interés para el estudio de las propiedades
mecánicas de las diferentes probetas sometidas al ensayo, tales como resistencia
a la fluencia, resistencia máxima a la tracción, resistencia y esfuerzo de fractura,
porcentaje de elongación y reducción de área, y deformaciones verdaderas a
fractura, así como también las ecuaciones de Hollommon respectivas.
Probeta de Acero 1020
Curva de tracción del acero
3500
3000
2500
Carga (Kgf)
2000
1500
1000
500
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
-500
-1000
Diferencial longitud (mm)
Gráfica 1: Carga (kgf) VS diferencial de longitud (mm) para la probeta de acero 1020.
Curva de tracción del acero
50
Esfuerzo Ingenieril (Kgf/mm^2)
40
30
20
Curva de tracción
10
0
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
-10
Deformación Ingenieril
Gráfica 2: Esfuerzo ingenieril (Kgf/mm^2) VS deformación ingenieril para la probeta de acero 1020.
Medición
1
D instantáneos
9
2
8,97
3
8,94
4
8,82
5
8,69
Descarga 1
8,74
7
8,67
8
8,57
9
8,51
10
8,48
11
8,42
12
8,39
Descarga max.
8,48
Fractura
5,65
Tabla 1: Diámetros instantáneos medidos para el ensayo de tracción de la probeta de acero 1020.
Curva de tracción del acero
3.5
y = 0.1615x + 3.5991
3.48
Log esfuerzo real
3.46
3.44
3.42
3.4
3.38
3.36
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
Log deformación real
Gráfica 3: Log- Log Esfuerzo real (Kgf/mm^2) VS deformación real de la probeta de acero 1020.
Probeta de Latón
Gráfica 4: Carga (Kgf) VS diferencial de longitud (mm) de la probeta de latón.
Gráfica 5: Esfuerzo ingenieril (Kgf/mm^2) VS deformación ingenieril de la probeta de latón.
Medición
D instantaneos
1
2
3
4
5
8,80
8,71
8,58
8,43
8,27
8,21
6
7
8,09
Fractura
7,77
Tabla 2: Diámetros instantáneos medidos durante el ensayo de tracción de la probeta de latón.
Log esfuerzo real (Kgf/mm^2)
Grafico Log-Log Esfuerzo real vs Deformación real
3.34
y = 0.2017x + 3.4579
3.32
3.3
3.28
3.26
3.24
3.22
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
Log desformación real
Gráfica 6: Log- Log Esfuerzo real (Kgf/mm^2) VS deformación real de la probeta de latón.
Probeta de Aluminio
Curva de tracción del aluminio
900
800
700
Carga (kgf)
600
500
400
300
200
100
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Diferencial longitud (mm)
Gráfica 7: Carga (Kgf) VS diferencial de longituf de la probeta de aluminio.
Curva de traccion del aluminio
14
Esfuerzo Ingenieril (Kgf/mm^2)
12
10
8
6
Curva de traccion del aluminio
4
2
0
0
0,05
0,1
0,15
0,2
Deformación Ingenieril
Gráfica 8: Esfuerzo ingenieril (Kgf/mm^2) VS deformación ingenieril de la probeta de aluminio.
Acero 1020
Latón
Aluminio
Sy
Su
Sfr
fr
% El
% Ra
fr
m
30,44
45,91
33,77
70
33,19
62,66
0,98
0,1615
25,264
39,54
38,74
69,90
27,81
27,62
0,323
0,2017
4,22
12,11
8,52
44,55
80
1,61
Tabla 3: Propiedades mecánicas de las probetas ensayadas.
Una vez hecho el Ensayo de Dureza de las tres probetas se obtuvieron los valores
de éstas en escala Rockwell B que fueron inmediatamente traducidas a escala
Brinell para una mejor apreciación de los valores arrojados. Para la probeta de
aluminio se probaron distintos ensayos de dureza en diferentes escalas Rockwell,
y en ninguno de los casos de logró un resultado de la misma.
HRB
68
HB
121
67
119
67
119
54
87
53
86
55
89
Acero 1020
Latón
Tabla 4: Durezas para probetas de acero 1020 y latón respectivamente en escalas Rockwell B y Brinell.
Se realizó ensayo Meyer para el latón. Con una carga igual a 60 Kg. se obtuvo un
diámetro de huella de 0,788 mm., con 100 kg. Se obtuvo un diámetro de 1,076
mm. y con una carga de 150 un diámetro igual a 1,228 mm.
Utilizando la ecuación de Meyer dada por L = A*d^n y realizando un sistemas de
ecuaciones con los datos tomados, se obtiene n = 2,06. El coeficiente de
endurecimiento “m” se relaciona con “n” de la forma m= n – 2, y por lo tanto el m
correspondiente al latón sería m = 0,06.
Graficando logaritmo de la carga aplicada vs logaritmo del diámetro de la huella,
es también posible hallar n pues ésta representa la pendiente de dicho gráfico.
Carga aplicada Vs diámetro huella
Probeta de latón
y = 1.989x + 1.9731
2.5
Carga (Kgf)
2
1.5
1
0.5
0
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
Diametro (mm)
Gráfica 9 : Log- Log Carga vs diámetros del ensayo de dureza de Meyer.
CAPÍTULO III. DISCUSIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
Ensayo de tracción
Gracias al ensayo de tracción realizado para las distintas probetas, se
obtienen los valores reportados en la Tabla 3. Habiendo observado estos
resultados, se nota que la probeta de aluminio presenta mayor ductilidad que las
probetas de acero y latón. Se observa específicamente en la gráfica del carga vs
diferencial de longitud del latón que ocurrió un error durante las mediciones pues
en el laboratorio el ensayo comenzó antes de que se arreglara el entallo ocurrido
con las mordazas de la máquina; es por esto que la misma fue modificada de
manera de obtener un mejor análisis de sus propiedades y una ecuación de
Hollomon que se acercara mas a su realidad.
De la Tabla 3. se pueden extraer información importante, se observa que
los valores de esfuerzo de cedencia Sy, el esfuerzo máximo o resistencia a la
tensión Su y el esfuerzo de fractura para el aluminio, son menores que los
correspondientes al acero y al latón, esto es debido a la ductilidad del aluminio,
como es un material que se deforma más rápido que el acero y el latón, requiere
menor esfuerzo para presentar una deformación permanente, menor esfuerzo
para formar el cuello y, por ende, menor esfuerzo para fracturarse; aunque no se
logró obtener el valor de su esfuerzo real a la fractura.
Las gráficas de esfuerzo-deformación ingenieril difieren notablemente de las
gráficas de esfuerzo-deformación real. En la gráfica real los valores serán siempre
mayores que los reportados en la gráfica ingenieril, pues el área considerada (en
la gráfica real) es el área instantánea que tiene la probeta, la cual está
disminuyendo por causa de la reducción de diámetro que está sufriendo debido a
la carga de tracción que se le está aplicando, mientras que para la gráfica
ingenieril, el área considerada para cada valor es el área inicial.
Ensayo de dureza
Del ensayo de dureza pudimos obtener la tabla 4 que corresponde al
valor de las durezas de las probetas en estudio. Se puede observar claramente
que el acero dispone de una dureza significativamente mayor a la del latón por lo
que se puede decir que éste es mas “duro” o mas difícil de ser penetrado. El
aluminio como se mencionó antes es un material tan suave que ni siquiera se le
logró realizar el ensayo pues ninguna escala se ajustaba a sus verdaderos
valores.
Del ensayo Meyer realizado a la probeta de latón se pudo conseguir la
ecuación de Meyer y de allí el exponente de endurecimiento de Meyer, que como
explicado anteriormente se relaciona directamente con el coeficiente de
endurecimiento conseguido en el ensayo de tracción. De la gráfica se obtiene un
n = 1,989, notamos entonces que con ese valor obtendríamos un “m” negativo lo
que hace pensar que ocurrieron ciertos errores durante dicho ensayo. El ensayo
de Meyer puede realizarse únicamente con la relación d/D entre 0,2 y 0,6, mas
sólo uno de nuestros diámetros cumple con ésta restricción. Los errores entonces
antes mencionados pueden deberse a que el ensayo no fue realizado en las
condiciones óptimas y por tanto del resultado no fue el esperado.
De la resolución del sistemas de ecuaciones se obtiene un n = 2,06 y por
consiguiente un m = 0,06, que aunque este valor es positivo no es correcto pues al
hallar el exponente de endurecimiento con sólo 2 puntos se esta haciendo una
aproximación que no es tan exacta como el resultado arrojado gráficamente.
Al comparar coeficientes de endurecimiento obtenidos por los diferente
métodos con los obtenidos por Hollomon en ensayo de tracción se puede notar
que no son iguales; lo cuál puede haber sido consecuencia tanto de fallos durante
el ensayo de tracción del latón, pues se cometieron errores colocando las
mordazas
en
dicho
ensayo
que
afecto
directamente
a
la
gráfica
EsfuerzoVSDeformación y por tanto a la ecuación de Hollomon del material; como
de fallos en el ensayo de dureza de Meyer.
CAPÍTULO IV. CONCLUSIONES
-
El ensayo de tracción en ingeniería es ampliamente utilizado, pues
suministra información sobre la resistencia de los materiales utilizados en el
diseño y también para verificación de especificaciones de aceptación.
-
El método del offset, es un método convencional o práctico para definir un
límite elástico como aquél para el que se produce un alargamiento prefijado
de antemano.
-
El esfuerzo real siempre será mayor que el esfuerzo ingenieril.
-
De la gráfica esfuerzo real vs deformación real es posible obtener la
ecuación de Hollomon del material y de ésta su coeficiente de
endurecimiento.
-
El aluminio es más frágil y dúctil, por ende, menos resistente que el acero y
que el latón.
-
Existen varios ensayos para medir la dureza de un material, los ensayos
Brinell y Meyer específicamente son prácticamente iguales.
-
De las tres probetas ensayadas el acero fue el que presentó una mayor
dureza.
-
Es posible obtener el coeficiente de endurecimiento por deformación de
Hollomon utilizando la ecuación de endurecimiento de Meyer.
-
Utilizando los valores encontrados del coeficiente de endurecimiento en el
ensayo de tracción, es posible estimar los valores de la resistencia máxima
Kb por medio de la gráfica Kb vs m.
CAPÍTULO I. OBJETIVOS
- Estudiar las características, realización y parámetros de un ensayo de tracción;
así como también a partir de éste conseguir las curvas de esfuerzo y deformación
para materiales en este caso Acero 1020, latón y aluminio. Además, se desean
ubicar todos los puntos y conceptos de interés que de ellas se puedan obtener.
Con estas curvas específicamente se quiere encontrar el coeficiente y exponente
de endurecimiento, resistencias y esfuerzos verdaderos a la fluencia, máxima y de
fractura; de manera que se puedan obtener conclusiones importante y
concordantes con lo estudiado en teoría.
- Practicar el ensayo de dureza sobre tres muestras recocidas de Latón, acero
1020 y aluminio respectivamente para establecer conclusiones acerca de dicha
propiedad mecánica en los tres materiales empleados.
- Tomar registro de los índices obtenidos para su posterior manipulación entre las
diferentes escalas de Dureza, particularmente, la Brinell y Rockwell.
- Hacer uso efectivo de las tablas de conversión de dureza para transformar
convenientemente los valores obtenidos durante un ensayo de este tipo.
- Obtener el exponente de endurecimiento Meyer a partir del ensayo de dureza
Brinell, sobre el latón y compararlo con el anteriormente obtenido de ensayo de
tracción.
- Del ensayo de dureza, obtener, la resistencia máxima a la tracción de las
probetas de aluminio, acero 1020 y latón.
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DEPARTAMENTO DE CIENCIA DE MECÁNICA
PROCESOS DE FABRICACIÓN I MC-4311
PROFESORA: VERÓNICA DI GRACCI
ENSAYO DE TRACCIÓN
ENSAYO DE DUREZA
REALIZADO POR:
MEJÍAS, ANDRES
CARNET: 06-39890
ROJAS, ANDREINA
CARNET: 06-40238
SARTENEJAS, MAYO DE 2009