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.
15 | P g i n a
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
16 | P g i n a
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
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