Ensayos Practica 4. Ciencia de Los Materiales

7/24/2019 Ensayos Practica 4. Ciencia de Los Materiales

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ndice.

Ensayo de traccin. 2

Objetivos.

Introduccin.

Realizacin experimental.

Anlisis y discusin de resultados.

Conclusin.

Ensayo de tenacidad a impacto. 4

Objetivos.

Equipos.

Procedimiento.

Anlisis.

Conclusin.

Ensayo de dureza. 6

Objetivos.

Introduccin

Procedimiento.

Discusin de resultados.

Conclusin.

Bibliografa. 9


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Ensayo de traccion.

Objetivos.

Comprobacin del comportamiento frente a una fuerza axial de un material metlico

mediante ensayo de traccin.

Observacin de las propiedades mecnicas del material: lmite elstico, resistencia a

traccin, mdulo elstico y alargamiento a rotura.

Verificacin de que el mdulo elstico (E) es constante tras una deformacin plstica

(acritud, como se observar en las grficas).

Observacin de la morfologa de rotura en el material.

Introduccin.

El ensayo de traccin es uno de los ms representativos en la obtencin de

caractersticas de un material junto al ensayo de dureza.

Nos permite obtener diferentes propiedades del material como el mdulo elstico,

lmite elstico convencional, resistencia a la traccin y alargamiento de rotura.

Realizacin experimental.

Se utiliza una mquina hidrulica que proporciona una carga axial a la mordaza

(traccin) que comunicar al material.

Se mide la longitud calibrada as como el dimetro, = 8,62 0,01 , (en estazona) de la probeta cilndrica con el calibre.

Se marca la probeta sobre la longitud calibrada mediante dos pares de trazas

separadas a la misma distancia (= 5 = 43,10 0,05 ya que se trata de unaprobeta cilndrica) para despus calcular el alargamiento a rotura y se coloca en la mordaza. Se

dispone asimismo de un extensmetro que medir la deformacin del material segn se vaya

aplicando la fuerza.

Con el fin de comprobar que el mdulo elstico es constante, en la zona elstica se

reduce la fuerza aplicada y se observa que la grfica mostrada en el ordenador sigue la misma

recta que al principio. Tras superar el lmite elstico, ya en la zona plstica, se realiza el mismo

procedimiento comprobando que la pendiente de la recta que los puntos definen tiene la

misma pendiente que la anterior (E).

Se contina aplicando fuerza hasta que la probeta (ya superada la resistencia a

traccin) se rompe.


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Anlisis y discusin de resultados.

La resistencia a traccin () se observa en la grfica siendo el mximo valor de cargaobtenido partido por la seccin () de la probeta:

= (2)

= 58,36

= 22,5135,83610= 385,77

Calculamos por mnimos cuadrados el mdulo elstico (E) como la pendiente de la

recta tensin-deformacin en la zona elstica.

= 73,130 El lmite elstico convencional lo obtenemos grficamente con las grficas adjuntadas

mediante recta con pendiente E por 0,002 en deformacin.

,= 358 El alargamiento porcentual a rotura (A(%)) se calcula:

%=[ ] 100 =[48,5943,1

43,1 ] 100 = 12,74%

Siendo Lu=48,59mm la nueva distancia entre el par de marcas en el que se encuentra

ms centrada la rotura.

Respecto a la morfologa de rotura, dctil, se observa una estructura copa-cono a 45.

Morfologa de rotura: copa-cono.

Conclusin.

Tras el ensayo se han determinado una serie de propiedades mecnicas (lmite elstico,

resistencia a traccin, mdulo elstico y alargamiento a rotura) caractersticas del material de

la probeta, acercndonos al conocimiento de ste, as como del procedimiento a seguir para

determinar las de muchos otros materiales. Se ha comprobado que, efectivamente el modulo

elstico permanece constante y se ha observado la morfologa de la rotura (copa-cono).


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Ensayo de tenacidad a impacto.

Objetivos.

En el Ensayo de flexin por choque con pndulo Charpy1, se obtendr la tenacidad a

impacto del material, se buscar obtener la energa absorbida por dicho material antes de

romperse debido al choque, as como la forma de la rotura dependiendo de si la probeta tiene

un comportamiento ms o menos elstico.

Todos los equipos, procedimientos y resultados del ensayo estarn acogidos a la

norma, para poder as reproducirse con total fidelidad en cualquier parte. Dicha norma es

extensa y recoge toda serie de caractersticas, como por ejemplo, la colocacin de la probeta,

la forma de las entallas tiene que ser en V oU e incluso el porcentaje de rotura dctil o

frgil.

Equipos.2

Pndulo Charpy3, formado por un brazo mvil que pivota sobre dos soportes

verticales. La maza, con el que se golpea la probeta, se sita en un extremo del brazo.

Dispone de un indicador de la energa disipada, expresado en kg/m o N.

Probeta de la aleacin, con una entalla en un lado de la probeta.

Procedimiento.4

En este ensayo de tenacidad a impacto, comprobaremos la energa absorbida por dosaleaciones antes de romperse as como el aspecto final de la rotura en ambas aleaciones.

Primero, se eleva el brazo de la maza hasta la posicin de seguridad, posteriormente

se sita la probeta sobre los apoyos de la probeta, con la entalla orientada en el lado opuesto

al que recibe el golpe por parte del mazo.

Al soltar la maza, se produce el impacto y se recoge la muestra, se apunta la energa

disipada en el impacto. Cabe destacar, que la energa absorbida por la aleacin es la misma

que la energa disipada por el pndulo mediante la diferencia de potencial.

= 0

1Recogido por la norma Europea UNE EN ISO 148-1, Junio de 2011. http://www.aenor.es

2Esquema del equipo. Fig. 1.1

3El peso de la maza, en este caso es 25 kg.

4

El ensayo realizado en el laboratorio, no sirgue la norma establecida por la UNE.
http://www.aenor.es/http://www.aenor.es/http://www.aenor.es/http://www.aenor.es/


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Anlisis.

Se procede a la comprobacin de los resultados obtenidos mediante el ensayo en la

aleacin 1 y 2:

RESULTADOS ENERGA ABSORBIDA TIPODE ROTURA SONIDO OBSERVACIONES

ALEACIN 1 7.5 KG*M 73.55 J Dctil-Plstica Grave No llega aromperse

ALEACIN 2 1.25 KG*M 12.26 J Frgil-Elstica Agudo Rompe

La energa del impacto absorbida por la aleacin corresponde al rea encerrada bajo la

grfica Tensin-Deformacin. Por lo que se puede afirmar que el rea encerrada bajo la

aleacin 1 es mayor que la de la aleacin 2.

Respecto a las superficies de rotura; la aleacin 1 presenta relieves que demuestran

que ha habido un comportamiento dctil en la rotura5

, sin embargo, la aleacin 2 presenta unasuperficie nicamente rugosa que demuestra que su rotura ha sido completamente frgil6.

Fig. 1.1. Esquema del equipo. Colocacin de la Probeta entallada.

Fig. 1.2. Rotura dctil. Fig. 1.3. Rotura frgil

Conclusin.

Los resultados de este ensayo, no son tan caractersticos del material como puede ser

un ensayo de traccin, por lo cual, no se puede establecer de forma tan exacta las principales

caractersticas mecnicas de la aleacin. Aun as, se hace necesario el uso de este ensayo para

conocer la energa absorbida por los materiales ante un impacto.

5Fig. 1.26Fig. 1.3


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Ensayo de dureza.

Objetivo.

El objetivo de este ensayo es conocer el procedimiento para medir la dureza de

distintos materiales para determinar sus propiedades mecnicas mediante diferentes mtodos

y escalas, adems de conocer el funcionamiento de los durmetros.

Introduccin.

La dureza puede considerarse una medida de la resistencia a la penetracin, y para

medirla pueden emplearse 3 mtodos que se diferencian principalmente en el penetrador

utilizado (su material y geometra) y en la escala que utilizan, siendo los ms empleados el

mtodo Brinell, el Vickers y el Rockwell.

Mtodo Vickers.

El mtodo Vickers est caracterizado por la utilizacin de un penetrador de diamante en

forma de pirmide recta de base cuadrada con un ngulo entre caras opuestas de 136(estengulo utilizado para obtener un valor de dureza similar al del mtodo Brinell), que deja unahuella cuadrada en el material. Este mtodo consiste en medir las dos diagonales de dichahuella, realizar la diagonal media y obtener la dureza a partir de ella con la siguiente frmula:

= 0,102

2sin 1362 = 0,1891

Siendo F la fuerza en N (carga utilizada) y d la media aritmtica de las diagonales de la

huella.

La dureza Vickers se indica mediante el smbolo HV precedido del valor obtenido de ladureza y seguido de la carga aplicada en kgf.

La carga usada en el mtodo Vickers se selecciona en funcin de la dureza del materialy, por tanto, el tamao de la huella, ya que una huella demasiado grande puede resultardemasiado incmoda al trabajar con ella y poder perder demasiado tiempo o una huella

demasiado pequea puede que ni podamos medirla con la suficiente perfeccin. Por ejemplo,la carga usada con el aluminio es de 30 kg y con el titanio, al ser ms duro, de 100 kg.

El procedimiento para obtener la dureza de un material mediante este mtodo fuerealizado en el laboratorio, que explicaremos ms tarde en el apartado de procedimiento.


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Mtodo Brinell.

El mtodo Brinell est caracterizado por la utilizacin de un penetrador en forma debola de metal duro, normalmente wolframio, que deja una huella circular en la muestra. Estemtodo consiste en medir el dimetro de dicha huella y obtener la dureza mediante la

siguiente frmula:

HBW = 0,102 2FDD D d

Siendo F la fuerza en N (carga utilizada), D el dimetro de la bola de metal duro delpenetrador, que suele ser de 2,5 mm, y d el dimetro medio de la huella (obtenido de la mediade la medida de dos dimetros perpendiculares en la huella).

La dureza Brinell se indica mediante el smbolo HBW precedido del valor obtenido dela dureza y seguido del dimetro de la bola en mm y la carga aplicada en kgf.

Para que el ensayo pueda considerarse vlido, la relacin entre el dimetro medio dela huella y el dimetro de la bola del penetrador debe encontrarse entre 0,24 y 0,6, es decir:

0,24


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y el durmetro mide la diferencia de profundidad de la huella una vez retirada la segunda

carga y mantenida la primera mediante la frmula (h es la profundidad y N y S dos constantes):

= /La medida de la dureza viene representada con el valor de la dureza ledo en el

durmetro, seguido del smbolo HR y de la letra que indica la escala, aunque se completa conuna S o W en caso de emplear penetrador de acero o metal duro respectivamente.

De las escalas utilizadas en este ensayo, la escala C es ms apropiada para materiales

ms duros y la B para otros ms blandos.

Procedimiento.

Mediremos la dureza de una pieza de aluminio mediante el mtodo Vickers y la de otra

de acero por el mtodo Rockwell.

Vickers

Realizamos un Vickers 30 (30kg de carga) en una pieza de aluminio. Para ello lo

primero es colocar la pieza en el soporte del durmetro y subir el plato hasta que el

penetrador quede apoyado en la pieza. Primero ha de realizarse una precarga haciendo

ascender el plato con la pieza hasta que la aguja pequea del indicador se site en el punto

rojo. Aplicamos la carga soltando la palanca con suavidad para que se realice de forma gradual.

Un piloto rojo se encender indicando que hay carga. Esperamos unos 15 segundos y

retiramos la carga tirando de la palanca del durmetro. Se lleva la pieza al microscopio y

mediante un software informtico se medirn las diagonales de la huella en forma de rombo,

lo que nos dar la dureza. En nuestro caso obtuvimos una dureza de 155HV30.

Rockwell

Llevaremos a cabo un Rockwell C en una pieza de acero. Al igual que en el Vickers,

colocamos la pieza en el plato y subimos hasta que quede apoyado el penetrador. Realizamos

la precarga llevando la aguja pequea al punto rojo y esta vez, dado que este mtodo nos da la

medida inmediatamente, ponemos la escala a cero girando el reloj hasta que el cero quede

alineado con la aguja grande. Se aplica la carga soltando la palanca. Retiramos la carga y

leemos la medida de dureza en el reloj. Si el resultado de la medida en la escala C (la escala en

color negro) est muy prxima o por debajo de cero, como ocurre con nuestra pieza a medir,

pasaremos a realizar la medida con la escala Rockwell B. Para ello debemos cambiar la carga ala adecuada para Rockwell B y repetimos todo el procedimiento para obtener una nueva huella

y medida de dureza. Obtuvimos una medida de dureza de 3HRB.

Discusin de resultados.

En la medida de la dureza de la pieza de aluminio mediante Vickers 30 obtuvimos una

dureza de 155HV30, lo que indica, segn la escala, que se trata de un aluminio de dureza

media-baja situado por encima de los bronces y por debajo de los aceros recocidos.

Al medir la dureza de la pieza de acero por Rockwell, encontramos que es demasiado

blanda para realizarla con la escala Rockwell C, pues marcaba un resultado por debajo de cero.Al cambiar a la escala B, obtuvimos 3HRB, lo que nos indica que es un acero muy blando.


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Conclusin.

Analizando los dos mtodos que hemos empleado para realizar las medidas de dureza,

llegamos a la conclusin de que el Rockwell es mucho ms rpido y cmodo pues el durmetro

mide directamente la dureza sin necesidad de otros equipos externos y costosos como un

microscopio o equipos informticos y software.

Las principales ventajas de Vickers son que puede medir la dureza de casi cualquier

material, exceptuando materiales de diamante, que podran deformar el penetrador si fueran

ms duros que ste, o algunas composiciones de carbono descubiertas hace muy poco que

resultan ser ms duras que el diamante. A parte de lo mencionado, este mtodo es el que

tiene la escala ms amplia de todos (la cual no es necesario cambiar como al pasar de Rockwell

C a B), por lo que debera de ser el nico utilizado, pero en cambio, este mtodo no es muy

utilizado ya que para medir la dureza es necesario un software especial que mide digitalmente

las diagonales, que no dispone la mayora de los laboratorios y que tendran que medirlo

mediante un microscopio y por comodidad se utilizan otras escalas que miden directamente laprofundidad como es el mtodo Rockwell.

Bibliografa.

Ciencia de materiales. Prcticas de laboratorio.

Apuntes de clase.

Ciencia de materiales para ingenieros. Nuria Martn Piris

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