Instituto Politécnico Nacional Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería Campus Zacatecas Estructuras y propiedades de los materiales Dr. Miguel Fernando Delgado Pámanes César Martínez Reyna “Ingeniería Mecatronica” Primer nivel “1MM2” “Ensayo de tensión de acero 1020” Fecha de entrega: 06/02/15
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Instituto Politécnico Nacional
Unidad Profesional Interdisciplinaria de
Ingeniería Campus Zacatecas
Estructuras y propiedades de los
materiales
Dr. Miguel Fernando Delgado Pámanes
César Martínez Reyna
“Ingeniería Mecatronica”
Primer nivel
“1MM2”
“Ensayo de tensión de acero 1020”
Fecha de entrega: 06/02/15
II
Contenido
Introducción ..................................................................................................... III
Objetivos .......................................................................................................... III
Marco Teórico ................................................................................................. IV
Desarrollo ........................................................................................................ VI
Material .......................................................................................................... VIII
MÉTODOS ..................................................................................................... VIII
Datos ............................................................................................................... IX
Analisis de resultados ...................................................................................... XI
Conclusiones .................................................................................................. XII
Referencias ..................................................................................................... XII
III
Introducción
Muchos materiales cuando están en servicio están sujetos a fuerzas o cargas.
En tales condiciones conocer las características del material para diseñar el
instrumento donde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a
estar sometido no sean excesivos y el material no se fracture. El
comportamiento mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su
respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada.
Objetivos Reconocer y determinar de manera práctica las distintas propiedades mecánicas
de los materiales Sometidos a esfuerzos de tensión o tracción.
Reconocer y diferenciar los estados zona elástica y zona plástica de los metales.
Construir e interpretar la gráfica Esfuerzo y Deformación
Calcular el módulo de porcentaje de alargamiento y de reducción de área de los
metales entre otras.
Observar y reconocer ductilidad y fragilidad (en cuanto a su tolerancia a la
deformación).
IV
Marco Teórico
El ensayo de tensión tiene por objetivo definir la resistencia elástica, resistencia
última y plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas un axiales.
Esfuerzo de cedencia: El esfuerzo de cedencia es el esfuerzo al cual la
deformación plástica de hace importante. En los metales, es por lo general es
esfuerzo requerido para que las dislocaciones se deslicen. El esfuerzo de
cedencia, por tanto. El esfuerzo que divide los comportamientos elásticos y
plástico del material.
La curva esfuerzo de ciertos aceros de bajo carbono (1020) presentan un
esfuerzo de cedencia o limite elástico doble.
Resistencia de tensión: El esfuerzo obtenido de la fuerza más alta aplicada es
la resistencia a la tensión, que el esfuerzo máximo sobre la curva esfuerzo –
deformación ingenieril. En cierto momento una región se deforma más que
otras y ocurre una reducción local de importancia en la sección recta, esta
región localmente se conoce como “zona de estricción”, dado que el área de la
sección trasversal en este punto se hace más pequeña, se requiere una fuerza
menor para continuar su deformación y se reduce el esfuerzo ingenieril.
La resistencia a la tensión es el esfuerzo al cual se inicia este encuellamiento
en materiales dúctiles.
En la curva podemos distinguir dos regiones:
Zona elástica: La región a bajas deformaciones, donde se
cumple la Ley de Hooke: σ = E ε
(E = modulo elástico).
V
Tabla 1: Se detalla la composición química del acero 1020
Tabla 2: Propiedades mecánicas del acero 1020
Usos: se utiliza mucho en la condición de cementado donde la resistencia al
desgaste y el tener un núcleo tenaz es importante. Se puede utilizar
completamente endurecido mientras se trate de secciones muy delgadas. Se
puede utilizar para ejes de secciones grandes y que no estén muy esforzados.
Otros usos incluyen engranes ligeramente esforzados con endurecimiento
Propiedades elásticas: el modulo elástico o módulo de young (E), es la
pendiente de la curva esfuerzo-deformación en su región elástica. Esta
relación es la ley de Hooke:
La ductilidad: mide el grado de deformación que puede soportar un material sin
romperse. Se puede medir la distancia entre las marcase calibradas en una
probeta antes y después del ensayo.
El % de elongación representa la distancia que la probeta se alarga
plásticamente antes de la fractura:
Un segundo método para medir la ductilidad es calcular el cambio porcentual
en el área de la sección transversal en el punto de fractura antes y después del
ensayo. El % de reducción de área expresa el adelgazamiento sufrido por el
material durante la prueba:
VI
Imagen 1: Probeta acero 1020
Imagen 3: fijando las tenazas para un mejor agarre.
Imagen 4: probeta ya instalada.
Desarrollo
1.- Primeramente se procedió a poner marcas
a la probeta de acero 1020 con una distancia
de 2 pulgadas de distancia al centro de la
probeta.
2.- Se midió la longitud de la probeta y área de
esta misma para después ingresarlos al software
de la máquina.
3.- Al llegar nuestro turno se instaló la probeta en las tenazas de la maquina
hasta que quedo completamente fija.
Imagen 2: Medición de longitud y diámetro de la probeta
VII
4.- Después se puso el
extensómetro a la altura de las 2
marcas de la probeta que son de
2 pulgadas.
5.- Al termino del paso interior se cerró
la escotilla de seguridad y se procedió
a que la maquina iniciara el ensayo de
tensión.
6.- Después de cierto tiempo y cierta
tensión la probeta se fracturo se quitó
la probeta de las tenazas y se nos
envió los datos del diagrama esfuerzo-
deformación.
Imagen 5: instalación del extensómetro
Imagen 6: maquina universal en funcionamiento.
Imagen 7: Resultado del ensayo de la probeta acero 1020.
VIII
Material
Maquina universal de ensayos(SHIMADZU)
Buril ø16~23mm,343-08348-17
Probeta de Acero 1020(carbono)
Extensómetro
Lentes de protección
Guantes
Software de tención
MÉTODOS
Maquina universal de ensayos (SHIMADZU)
Con el uso de sistema de SHIMADZU
Para poder aplicarle la técnica de tensión
A la probeta y comprobar cuál es su máxima
Capacidad de estiramiento,
Obtenida por Software.
Buril ø16~23mm, 343-08348-17
Utilizado para mejor agarre
De la probeta de acero
Probeta de Acero 1020(carbono)
La probeta fue el experimento,
Obteniendo como resultado un
Encuellamiento en la mitad
De la probeta hasta tonar la probeta
IX
Extensómetro
El extensómetro se ocupó para saber
Que longitud en (mm) y a que peso en KN,
Paso después de ser tensionado.
Medidas de seguridad
Lentes de protección Guantes
Datos
X
XI
Analisis de resultados
Ensayo De Tensión
Tipo de Fractura: Fractura dúctil, la superficie presenta una parte plana y un labio de corte lo que confiere a la fractura una apariencia de “copa y cono” y aspecto fibroso
XII
Conclusiones
El acero, material usado en labores pesadas, dónde se requiere de una fuerte
resistencia, presenta el mayor esfuerzo de fluencia y esfuerzo máximo, es
decir, es el que soporta una mayor cantidad de esfuerzo antes de deformarse
plásticamente y antes de fallar, lo que lo convierte sin dudas en un material
resistente.
Los distintos materiales que existen y sus características permiten su utilización
según sea requerido, es decir, día a día se busca escoger el material más
idóneo para determinada actividad. Esta elección está determinada por las
propiedades mecánicas de los materiales, las cuales son: Esfuerzo de fluencia,
esfuerzo máximo, deformación a la ruptura, Tenacidad, ductilidad, entre otras,
las cuales permiten decir cómo se comportará el material a determinadas
condiciones, cuáles valores máximos de esfuerzo podrá soportar e incluso en
qué punto fallará.
El ensayo de tensión es ideal para medir las toneladas de tensión que puede
aguantar un acero y asi poder darle una aplicación a cada uno de los aceros
desde el 1010 hasta 1040 etc.
Al ser un acero 1020 presento que la tensión era menor hasta su punto de
fractura esto quiere decir que a mayor carbón contenga es más duro pero
menos dúctil.
El acero 1020 presenta que es un material dúctil lo cual hace que se pueda
usar para hacer distintas piezas que se puedan doblar, estirar, estampar,
recalcar.
Con ayuda de la máquina de ensayos de puede ver la gráfica esfuerzo
deformación y asi buscar más fácilmente los conceptos.