Presentacin de PowerPoint
TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIONUNIVERSIDAD NACIONAL
DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE
INGENIERIA CIVILDOCENTE: M. en i. HECTOR PEREZ LOAYZA TEMA: TRABAJO
DE INVESTIGACION SOBRE EL ACEROYPRACTICA A TRACCION DEL ACERO
AceroLos aceros son aleaciones de hierro-carbono forjables, con
porcentajes de carbono variables entre 0,008 y 2,14%. Se distinguen
de las fundiciones, tambin aleaciones de hierro y carbono, en que
stas tienen una proporcin de carbono que puede variar entre 0.5% y
2.0%, aunque la mayora de las fundiciones comerciales no superan el
1.8% de carbono. A partir del 2 % de carbono la aleacin se denomina
arrabio o fundicin.La diferencia fundamental entre ambos materiales
es que los aceros son, por su ductilidad, fcilmente deformables en
caliente utilizando forjado, laminacin o extrusin, mientras que las
fundiciones son frgiles y se fabrican generalmente por
fundicin.
Adems de los componentes principales indicados, los aceros
incorporan otros elementos qumicos. Algunos son perjudiciales
(Impurezas) y provienen de la chatarra, el mineral o el combustible
empleado en el proceso de fabricacin; es el caso del azufre y el
fsforo. Otros se aaden intencionalmente para la mejora de alguna de
las caractersticas del acero (Aleantes); pueden utilizarse para
incrementar la resistencia, la ductilidad, la dureza, etctera, o
para facilitar algn proceso de fabricacin como puede ser el
mecanizado. Elementos habituales para estos fines son el nquel, el
cromo, el molibdeno y otros.La densidad promedio del acero es 7850
kg/m3.Para su uso en construccin, el acero se distribuye en
perfiles, siendo stos de diferentes caractersticas segn su forma y
dimensiones y debindose usar especficamente para una funcin
concreta, ya sean vigas o pilares.
La estructura del acero se compone de una mezcla de fases, con
diversas propiedades mecnicas. Las proporciones de estas fases y
sus composiciones sern determinantes del comportamiento de este
material.Fases de equilibrioDiagrama de fase hierro-carbono (Fe-C),
permite visualizar les condiciones de existencia de las fases que
conforman el aceroEstas fases se obtienen a temperatura ambiente
mediante el enfriamiento lento de un acero. Las principales
son:
Proceso de Fabricacin
Fuente: Infoacero.cl
CONVERTIDOR DE OXIGENODE ALTO HORNO
6La fabricacin del acero se realiza a travs de dos mtodos: El
convertidor bsico de oxgeno de alto horno ("Basic Oxygen Converter"
(BOF)) El horno de arco elctrico (Electrical Arc Furnace (EAF))En
la produccin de acero bruto su participacin es del 70% (BOF) y del
30% (EAF). El primer mtodo adquiere un papel dominante cuando se
trata de ndices elevados de produccin y de la fabricacin de acero
bajo en impurezas. Los bajos costes energticos y un amplio
suministro de chatarra reciclada aseguran al segundo mtodo una
cuota de mercado competitiva, sobre todo cuando se utiliza el horno
UHP (Ultra High Power).El proceso de fabricacin del acero es el
siguiente:El alto horno se alimenta de hierro sinterizado,
producido en la planta de sinterizacin. En el proceso de
sinterizacin se carga una mezcla de finos de mineral de hierro, cal
y coque (carbono casi puro), y se funde parcialmente para formar
una mezcla porosa de xidos de hierro y ganga.El horno alto es un
horno de tipo cuba que funciona mediante la tcnica de
contracorriente:la carga descendente de sinterizado y coque,
cargada por la parte superior del horno, es calentada y reducida
por los gases de la combustin que ascienden de la zona de tobera,
donde se inyecta un chorro de aire caliente para quemar el C y
convertirlo en CO. El chorro de aire se comprime por medio de un
soplante y se calienta en estufas especiales a 1100C, por medio de
la combustin de los gases de escape depurados del horno. El CO
reduce los xidos de hierro (FeO, Fe2O3) y algunos de los elementos
presentes en la ganga del sinterizado, para producir metal lquido.
El polvo del tragante del horno alto, que contiene cerca de un 40%
Fe, se recicla en el proceso de sinterizado. Por debajo de la zona
de tobera, donde se da la mayor temperatura, el material fundido se
acumula en el crisol, donde el hierro lquido (fundicin bruta) se
separa de la escoria por la diferencia de densidad. La escoria y la
fundicin bruta lquida (arrabio) se extraen desde diferentes
piqueras. El arrabio se vaca a cucharas o torpedos (capacidad: 300
- 400 t) y se transporta a la acera para su afinado y conversin en
acero.Al final de este proceso, el mineral de hierro sinterizado se
ha reducido a hierro bruto en el alto horno.
Fuente: Infoacero.clCONVERTIDOR DE OXIGENODE ALTO HORNO
7El hierro bruto se transforma entonces en el convertidor de
oxgeno en acero bruto.El horno bsico de oxgeno o convertidor LD
(por el proceso Linz-Donawitz iniciado en 1956) est basado en la
inyeccin de oxgeno a la colada de metal lquido por medio de una
lanza. En el convertidor se cargan chatarra y cal para enfriar la
colada y eliminar el fsforo, el silicio y el manganeso. El
convertidor est revestido con una capa refractaria de dolomita o
magnesita.El oxgeno quema el carbono como monxido de carbono CO y
gas carbnico CO2 que se recoge en el can de chimenea y se limpia de
polvo (Fe203 y partculas de cal, etc.). Los elementos Mn, Si y P se
oxidan y combinan con la cal (CaO) y el FeO formado por la oxidacin
del Fe, para formar una escoria fundida.Al ser estas reacciones de
oxidacin altamente exotrmicas, el proceso exige un enfriamiento
para controlar la temperatura de la colada. Este enfriamiento se
realiza cargando chatarra (residuos de fabrica y laminacin
reciclados) y aadiendo mineral de hierro durante el proceso de
soplado.El acero se vierte a la cuchara a travs de una piquera,
inclinando el horno. En el transcurso de esta operacin se aaden
ferroaleaciones a la cuchara para controlar la composicin del
acero.
HORNO DE ARCOELECTRICO
9En el proceso de horno de arco elctrico, la carga metlica fra,
principalmente chatarra, se funde mediante la energa de arcos
elctricos generados entre los extremos de electrodos de grafito y
la carga metlica conductora.Los tres electrodos y la bveda del
horno se levantan y retiran del blindaje del horno girndolos para
permitir la carga de la chatarra. Los electrodos mantienen el arco
de acuerdo con el voltaje y el nivel de corriente escogidos para
producir la potencia deseada a la deseada longitud de arco para la
fusin y afino. Dado que durante el perodo de fusin el ruido
generado por los arcos es elevado, con niveles de hasta 120 dBA, la
cabina de operarios est especialmente protegida y el horno posee un
cerramiento especial. Estos hornos tienen un dimetro interno de 6 a
9 metros y una capacidad de 100 a 200 toneladas de acero.
AFINO DEL ACEROY LAMINACION
10Las unidades de fusin de alto rendimiento, tales como
convertidores u hornos de arco elctrico no proveen suficiente
control de los contenidos de aleacin. El contenido en nitrgeno y
fsforo se puede reducir a niveles bajos en el convertidor, pero slo
se pueden obtener niveles muy bajos (< 2 ppm) de contenido en
carbono, azufre, oxgeno e hidrgeno mediante un tratamiento
subsiguiente en la cuchara. Para asegurar un acondicionamiento
apropiado del acero antes del proceso de colada, en la metalurgia
de cuchara se llevan a cabo la aleacin del acero conforme a un
anlisis especfico y tratamientos de afino especiales.Los objetivos
de la fabricacin de acero en cuchara (afino) se pueden resumir como
sigue: afino y desoxidacin eliminacin de los productos de la
desoxidacin (Mn0, SiO2, Al2O3) desulfuracin a niveles muy bajos
(< 0,008%) homogeneizacin de la composicin del acero ajuste de
la temperatura para la colada, recalentando si es necesario (horno
de cuchara) eliminacin de hidrgeno a niveles muy bajos mediante
tratamiento de vaco.Una vez terminado el proceso de afino, el
material pasa a la colada continua para proceder a la solidificacin
del material. El elemento principal del proceso de colada continua
es el molde de cobre oscilante enfriado con agua. Su principal
funcin es formar una lmina solidificada de acero que tenga la
resistencia suficiente para impedir rebabas por debajo del molde.Al
abandonar el molde, la hilera de material es enfriada por medio de
rociadores de agua y se apoya en cilindros para evitar el pandeo
hasta que se complete la solidificacin. Las secciones de la hilera
de material cubren la gama de productos semiacabados, como
palanquillas, desbastes cuadrados o desbastes rectangulares,
destinados a los laminadores de acabado en caliente.
Procesos de laminado en calienteLaminado en caliente
tradicional.
Laminacin controlada.Laminado de normalizacin (N)Laminacin
termomecnica controladaEnfriamiento aceleradoTemple y
autorrevenidoPROCESOS DELAMINACION
11Las palanquillas o planchones que salen del proceso de colada
continua deben ser recalentados antes de ser sometidos al proceso
de laminacin en caliente. Existen dos tipo de proceso de laminado
en caliente que difieren en sus objetivos: laminado en caliente
tradicional y laminacin controlada. En el primer caso se trata de
producir la forma requerida con el mnimo nmero de pasadas de
cilindro, mientras que en el segundo el objetivo es aumentar
resistencia y tenacidad del acero mediante control cuidadoso de la
temperatura y la deformacin durante el laminado. Dentro de los
procesos de laminacin controlada tenemos el laminado de
normalizacin y la laminacin termomecnica controlada.
La Ferrita () es blanda y dctil. Su estructura es cbica centrada
en el cuerpo, es estable hasta los 721 C La Austenita () es la ms
dctil de las fases del diagrama Fe-Fe3C. La cementita (Fe3C)es un
compuesto intermetlico de frmula Fe3C, con un contenido de carbono
de 6,67%, es dura y frgil. La Perlita es el microconstituyente
eutectoide que se forma a los 727 C a partir de austenita con 0.77
% de carbono. Es una mezcla bifsica de ferrita y cementita de
morfologa laminar. Sus propiedades mecnicas sern intermedias entre
la ferrita blanda y la cementita dura que la compone.
Composicin del acero
Fases fuera de equilibrio
Estas condiciones se alcanzan mediante el uso de tratamientos
trmicos como el temple (enfriamiento rpido) y el revenido
(recalentamiento sostenido) para lograr la formacin de martensita,
bainita y otros microconstituyentes que tienen como propiedades ser
duros y frgiles.
Impurezas del acero Se denomina impurezas a todos los elementos
indeseables en la composicin de los aceros. Se encuentran en los
aceros y tambin en las fundiciones como consecuencia de que estn
presentes en los minerales o los combustibles. Se procura
eliminarlas o reducir su contenido debido a que son perjudiciales
para las propiedades de la aleacin. En los casos en los que
eliminarlas resulte imposible o sea demasiado costoso, se admite su
presencia en cantidades mnimas.
Azufre Lmite mximo aproximado: 0,04%. El azufre forma con el
hierro sulfuro, el que conjuntamente con la austenita da lugar a un
eutctico cuyo punto de fusin es bajo y que por lo tanto aparece en
bordes de grano. Cuando los lingotes de acero colado deben ser
laminados en caliente, dicho eutctico se encuentra en estado
lquido, lo que provoca el desgranamiento del material.Se controla
la presencia de sulfuro mediante el agregado de manganeso. El
manganeso tiene mayor afinidad por el azufre que hierro por lo que
en lugar de FeS se forma MnS que tiene alto punto de fusin y buenas
propiedades plsticas. El contenido de Mn debe ser tal que se
asegure que todo el azufre se encuentre en forma de MnS.El
resultado final, una vez eliminados los gases causantes, es una
fundicin menos porosa de mayor calidad.
Fsforo Lmite mximo aproximado: 0,04%. El fsforo resulta
perjudicial ya sea al disolverse en la ferrita, pues disminuye la
ductilidad, como as tambin por formar FeP (Fosfuro de hierro). El
fosfuro de hierro forma junto con la austenita y la cementita un
eutctico ternario denominado esteadita el cual es sumamente frgil y
posee punto de fusin relativamente bajo, por lo cual aparece en
bordes de grano, transmitindole al material su fragilidad.
Aluminio Se suelen aadir pequeas proporciones de aluminio de
cara a mantener constantes las propiedades mecnicas (sobre todo el
alargamiento) en largos perodos de almacenaje (calmado al
aluminio).
Clasificacin segn la norma Une 36001
La norma UNE 36001 clasifica las aleaciones frricas segn las
denominadas series F; a los aceros les corresponden las series F100
a F700, a las fundiciones la F800 y a otras aleaciones frricas la
F900. Segn dicha norma, los aceros se clasifican en:
Aceros para construccin (F100) (engloba la mayora de aceros de
uso genrico) Aceros al carbono (F110) sta es la ms genrica de todas
Aceros aleados de temple y revenido (F120) soportan grandes
esfuerzos Aceros para rodamientos (F130) su alto contenido en Cromo
los hace resistentes al rozamiento Aceros para muelles (F140)
presentan una elevada elasticidad Aceros de cementacin (F150) se
emplean en la construccin de engranajes por su resistencia y
tenacidad Aceros de nitruracin y cianuracin (F170) Son duros por
fuera y tenaces por dentro
Aceros especiales (F200) estos aceros presentan ciertas
propiedades concretas. Aceros de fcil mecanizado (F210) Aceros de
fcil soldadura (F220) Aceros con propiedades magnticas (F230)
Aceros de alta y baja dilatacin (F240) Aceros de resistencia a la
fluencia (F250)
Aceros inoxidables y anticorrosin (F300) Aceros inoxidables
(F310) Aceros de emergencia (F400) presentan alta resistencia a
ciertos factores Aceros de alta resistencia (F410) Aceros para
cementar (F430)
Ventajas y desventajas del acero como material de
construccin:Ventajas del acero como material estructural: Alta
resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de peso
implica que ser poco el peso de las estructuras, esto es de gran
importancia en puentes de grandes claros. Uniformidad.- Las
propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como
es el caso de las estructuras de concreto reforzado. Durabilidad.-
Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran
indefinidamente.
Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material
de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos
de tensin. La naturaleza dctil de los aceros estructurales comunes
les permite fluir localmente, evitando as fallas prematuras.
Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen
resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber
energa en grandes cantidades se denomina tenacidad. Otras ventajas
importantes del acero estructural son:
A) Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de
varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos y
los remaches. B) Posibilidad de prefabricar los miembros de una
estructura. C) Rapidez de montaje. D) Gran capacidad de laminarse y
en gran cantidad de tamaos y formas. E) Resistencia a la fatiga. F)
Posible rehuso despus de desmontar una estructura.
Desventajas del acero como material estructural: Costo de
mantenimiento.- La mayor parte de los aceros son susceptibles a la
corrosin al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente,
deben pintarse peridicamente. Costo de la proteccin contra el
fuego.- Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles,
sus resistencias se reducen considerablemente durante los
incendios. Susceptibilidad al pandeo.- Entre ms largos y esbeltos
sean los miembros a compresin, mayor es el peligro de pandeo. Como
se indico previamente, el acero tiene una alta resistencia por
unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no resulta muy
econmico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer ms
rgidas las columnas contra el posible pandeo.
NOTA: El acero estructural puede laminarse en forma econmica en
una gran variedad de formas y tamaos sin cambios apreciables en sus
propiedades fsicas. Generalmente los miembros estructurales ms
convenientes son aquellos con grandes momentos de inercia en
relacin con sus reas. Los perfiles I, T y L tienen esta
propiedad.
Perfiles Laminados
AnguloTeCanalPerfil WBarraPlaca
26Perfiles ngulo, te, canal y W, placas y barras redondas y
rectangulares son secciones laminadas producidas
comercialmente.
5. Tipos de elementos de acero estructuralPerfiles plegados (en
fro)
Tubo circularTubo rectangularPerfiles plegados y soldados
27Tubos circulares y rectangulares son producidos a partir de
placas por procesos de plegado y soldadura.Adicionalmente al
laminado en caliente, tambin existen perfiles de pared delgada
formados al plegar una plancha de acero. Muy verstiles, son
especialmente utilizados en construcciones livianas.
Tipos de acerosAceros al carbono:Ms del 90% de todos los aceros
son aceros al carbono. Estn formados principalmente por hierro y
carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y
menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de
cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran
mquinas, carroceras de automvil, la mayor parte de las estructuras
de construccin de acero, cascos de buques, somieres y
horquillas.
Aceros inoxidables:Los aceros inoxidables contienen cromo, nquel
y otros elementos de aleacin, que los mantienen brillantes y
resistentes a al herrumbre y oxidacin a pesar de la accin de la
humedad o de cidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables
son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa
resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Se
emplea para las tuberas y tanques de refineras de petrleo o plantas
qumicas, para los fuselajes de aviones o para cpsulas espaciales.En
la industria qumica y petroqumica, los aceros inoxidables ofrecen
elevada resistencia a la corrosin y excelentes propiedades mecnicas
as como un bajo costo de mantenimiento.Los aceros inoxidables son
ms resistentes a la corrosin y a las manchas de los que son los
aceros al carbono y de baja aleacin. Este tipo de resistencia
superior a la corrosin se produce por el agregado del elemento
cromo a las aleaciones de hierro y carbono.La mnima cantidad de
cromo necesaria para conferir esta resistencia superior a la
corrosin depende de los agentes de corrosin.
Las principales ventajas del acero inoxidable son:Alta
resistencia a la corrosin.Alta resistencia mecnica.Apariencia y
propiedades higinicas.Resistencia a altas y bajas
temperaturas.Buenas propiedades de soldabilidad, mecanizado, corte,
doblado y plegado.Bajo costo de mantenimiento.Reciclable.Como
consecuencia de diferentes elementos agregados como nquel, cromo,
molibdeno, titanio, niobio y otros, producen distintos tipos de
acero inoxidable, cada uno con diferentes propiedades.
Propiedades del aceroEstructura cristalina
Cristal cbico demalla centradaCristal cbico decara centrada
31El acero est conformado por cristales de fierro. La estructura
interna de los granos cristalinos est compuesta de tomos de hierro
dispuestos conforme a un patrn regular tridimensional. La figura de
la izquierda representa la estructura cristalina del acero a
temperatura ambiente. Se trata de la estructura cristalina cbica de
mallas centradas; los tomos se encuentran en las esquinas y en el
centro del cubo. La malla es de solo 0,28 mm en sus aristas. Un
grano tpico se compone de alrededor de 10 elevado a 15 repeticiones
de esta malla. Esta estructura determina la metalurgia y
propiedades de los aceros.La estructura cristalina cambia con el
aumento de temperatura. Con el hierro puro este cambio se produce a
los 910 C. Los cristales cbicos de mallas centradas (cmc) de la
izquierda se convierten en cristales cbicos de caras centradas
(ccc), mostrados a la derecha. En los cristales ccc, los tomos de
hierro estn en las esquinas del cubo y en el centro de cada cara
del cubo. La posicin de mallas centradas est vaca.En el acero, el
carbono se encuentra en solucin con el fierro, ocupando los
espacios vacos entre los tomos de este elemento.
Propiedades metlicas caractersticasbuena ductilidad (o
maleabilidad).conductividad trmica elevada.conductividad elctrica
elevada.brillo metlico.PROPIEDADESFISICAS
32El acero, como otros metales y aleaciones, presenta las cuatro
propiedades metlicas indicadas. Estas propiedades son consecuencia
de la estructura del material.La ductilidad es consecuencia de la
falta de direccionalidad en el enlace de los tomos y de la
naturaleza compacta de las estructuras cristalinas, lo cual
normalmente permite que se produzca un profuso deslizamiento
cristalogrfico bajo tensin. La no direccionalidad del enlace
permite asimismo que las vibraciones trmicas se transmitan con
facilidad de un tomo vibrante a los contiguos, de ah la elevada
conductividad trmica. La existencia de electrones libres
proporciona la conductividad elctrica elevada. Estos electrones
libres son tambin los responsables del brillo metlico, pues puede
absorberse y volverse a irradiar fcilmente luz incidente de una
gran gama de longitudes de onda.
Resistencia a la CorrosinCorrosin: prdida de seccin debido a
reacciones qumicas o electroqumicas con medioambiente.Resistencia
depende de:Composicin qumicaPROPIEDADESFISICAS
33Otra propiedad fsica importante es la resistencia a la
corrosin.Todos los aceros sufren corrosin. Sin embargo, en algunos,
la capa de corrosin superficial que se forma sirve de proteccin
para el resto del material. Esto va a depender principalmente de
las aleaciones que tenga el acero. Si no es el caso, se debe
recurrir a protecciones externas, pasivas o activas para evitar
situaciones como la de la figura.
Ensayo a traccinPROPIEDADESMECANICAS
34Las propiedades mecnicas de los materiales se determinan
utilizando probetas y procedimientos de ensayo normalizados. Para
los materiales dctiles como la mayora de los aceros el mtodo de
ensayo ms empleado es el de ensayos de traccin. La figura muestra
el esquema de una mquina para ensayar cupones de acero en
traccin.Durante los ensayos es necesario controlar la velocidad y
temperatura de ensayo.
PROPIEDADESMECANICAS
Acero dulceAcero de alta resistencia
35Las figuras muestran los resultados de un ensayo de traccin
para un acero corriente al carbono y un acero de alta resistencia.
Durante el ensayo se miden la carga (P) y el alargamiento (DeltaL),
obtenindose el diagrama tensin (sigma)-deformacin (epsilon)
atendiendo a las dimensiones de la pieza de ensayo. La tensin
nominal o ingenieril sigma es la carga P dividida por el rea
original de la seccin transversal y la deformacin ingenieril es
igual al cambio de longitud con respecto a la longitud
inicial.Aceros dulces presentan una discontinuidad entre los
regmenes elstico y plstico, con un lmite de fluencia marcado
seguido de un breve perodo de deformacin plstica irregular.
Mdulo de YoungE = 200000 MPa
Modulo de PoissonElsticon = 0.3 (aumento de volumen)Plsticon =
0.5 (volumen constante)
PROPIEDADESMECANICAS
36La pendiente de la zona elstica (mdulo de Young) no vara
significativamente con la resistencia del material y es
relativamente constante para todos los aceros.En la zona elstica el
coeficiente de Poisson tiene un valor de aproximadamente 0.3. Esto
implica que el volumen del material elsticamente deformado est
aumentando. En la zona plstica, con deformaciones mucho mayores, el
volumen del material no cambia de forma significativa y el
coeficiente de Poisson tiene un valor de 0.5.
Resistencia a la fractura (tenacidad)Imperfecciones son
microgrietas.Inclusiones y dislocaciones dependen de la composicin,
el proceso de laminacin y el tratamiento trmico.Grietas generan
concentracin de tensiones.Existe longitud crtica de grieta que
inicia la propagacin de la grietaPROPIEDADESMECANICAS
37La resistencia a la fractura es una propiedad muy importante,
especialmente en aplicaciones ssmicas y de cargas repetidas.Las
inclusiones y dislocaciones que aparecen en el material debido al
proceso de fabricacin son imperfecciones a partir de las que se
pueden generar grietas en el material.Si estas grietas son lo
suficientemente largas, se propagan y eventualmente generan una
fractura en el miembro de acero.
Mquina de Ensayo CharpyPROPIEDADESMECANICAS
Probeta
38Para evaluar la susceptibilidad a fractura se realiza el
ensayo Charpy. La probeta es un trozo del material a evaluar al que
se le ha hecho una muesca para generar una zona de concentracin de
tensiones. Esta probeta se coloca en la mquina, que es un pndulo
graduado cuyo brazo se levanta y se deja caer para que impacte la
probeta. La altura a la cual se produce la rotura de la probeta se
relaciona con la energa requerida para producir la fractura. Las
normas establecen valores mnimos que debe cumplir el acero
dependiendo de la aplicacin.
Dureza:Resistencia a penetracin superficial.
Mtodos de ensayo
Dinmicos: ensayo de dureza al impacto y ensayo de dureza
Shore
Estticos: ensayo Brinell, ensayo Vickers y ensayo
RockwellPROPIEDADESMECANICAS
39Dureza es la medida de la resistencia a la deformacin cuando
se hace penetrar un instrumento de indentacin cargado en la
superficie del metal sometido a ensayo.Existen varios mtodos de
ensayo que se correlacionan relativamente bien. Los ensayos
dinmicos tienen la ventaja de la rapidez, pero no son tan precisos
como los ensayos estticos.
Composicin qumicaTratamiento trmicoEstado de esfuerzosHistoria
de deformacionesTemperaturaVelocidad de carga
(deformacin)FACTORES
40Los distintos factores que afectan las propiedades del acero
son:Composicin qumica: ya hemos hablado del efecto de las
aleaciones.Tratamiento trmico: tratamientos en los cuales se cambia
la temperatura del producto en estado slido. Afectan las
propiedades de resistencia, ductilidad y tenacidad, debido a que
modifican el tamao de grano del material. En general, para tamaos
de grano menores, el material tendr mayor resistencia y
ductilidad.Los otros factores son discutidos a continuacin.
ENSAYO DE TRACCION DEL ACEROSe somete la probeta a un esfuerzo
de traccin creciente, generalmente hasta la rotura, con el fin de
determinar una o ms de las propiedades mecnicas del material
ensayado.Los resultados obtenidos en la determinacin de propiedades
mecnicas del material en un ensayo de traccin especfico o
individual dependen de:los tratamientos trmicos a los que se haya
sometido el material.Las manipulaciones mecnicas que hubiera
sufridoLa razn o velocidad de deformacin a la que se efecta el
ensayo, la que a su ves depender de la velocidad de aplicacin de
las cargas, la geometra de la probeta, las caractersticas de la
mquina de ensayo y el sistema de mordaza.El trabajo en fro con
produccin de acritud sobre la probeta, puede alterar o destruir el
fenmeno de fluencia. En estos casos podr medirse el lmite de
fluencia convencional o bajo carga, considerando que no corresponde
exactamente al anterior para determinado material.
Se somete la probeta a un esfuerzo de traccin creciente,
generalmente hasta la rotura, con el fin de determinar una o ms de
las propiedades mecnicas del material ensayado.Los resultados
obtenidos en la determinacin de propiedades mecnicas del material
en un ensayo de traccin especfico o individual dependen de:los
tratamientos trmicos a los que se haya sometido el material.Las
manipulaciones mecnicas que hubiera sufridoLa razn o velocidad de
deformacin a la que se efecta el ensayo, la que a su ves depender
de la velocidad de aplicacin de las cargas, la geometra de la
probeta, las caractersticas de la mquina de ensayo y el sistema de
mordaza.El trabajo en fro con produccin de acritud sobre la
probeta, puede alterar o destruir el fenmeno de fluencia. En estos
casos podr medirse el lmite de fluencia convencional o bajo carga,
considerando que no corresponde exactamente al anterior para
determinado material.
APARATOSMquina para ensayo de traccin, tiene que cumplir las
siguientes condiciones:Estar provista de dispositivos apropiados
que aseguren la aplicacin axial de carga a la probeta.Permitir la
aplicacin progresiva de la carga, sin choque ni
vibraciones.Permitir cumplir las condiciones relativas a la
velocidad del ensayo.La precisin de la mquina universal utilizada
fue de 0,25 KN.Extensmetro, deber tener la precisin necesaria a los
resultados que deseen obtener; el extensmetro utilizado tiene una
precisin de 0.01mm.Medidor de alargamiento, para medir el
alargamiento se utiliz una huincha con una precisin de
1mm.Mordazas, apropiadas para cada producto y tipo de probeta, con
sujecin por cuas, tornillos, rebordes, etc.
El lmite de fluencia El lmite de fluencia es la zona mxima en la
cual el mdulo de Young es constante. Tambin es la zona lmite a
partir de la cual el material se deforma plsticamente.Tambin
denominado lmite elstico aparente, indica la tensin que soporta una
probeta del ensayo de traccin en el momento de producirse el
fenmeno de la cedencia o fluencia. Este fenmeno tiene lugar en la
zona de transicin entre las deformaciones elsticas y plsticas y se
caracteriza por un rpido incremento de la deformacin sin aumento
apreciable de la carga aplicada.
Usos del acero Estructuras de marco: edificios, torres, puentes,
galpones.
45Debido a sus caractersticas, el acero es utilizado en mltiples
estructuras como edificios, puentes y estructuras industriales.
Cscaras y membranas: estanques, silos, calderas, cascos de
barco.
46Su bajo peso y alta resistencia lo hacen ideal para
estructuras de cscara y membrana.
Estructuras suspendidas: puentes, techos.
47El acero es el material ms eficiente en traccin, por lo que es
el elegido normalmente para estructuras suspendidas.
ENSAYO DE TRACCIN DEL ACEROMateriales:Balanza analticaMaquina
UniversalVernierProbeta estndar:Regla graduada, cronmetro.Probeta
de Cero
DESARROLLO DE LA PRACTICA
1.Se toma las medidas de la parte que va a sufrir la traccin el
largo y el dimetro, dichas medidas se realizan con el vernier.
Procedimiento:
2.Se coloca la probeta en la maquina universal fijando las
partes extremas. Luego se empotra la parte superior con la traviesa
para que as al jalar se produzca una fuerza por traccin como se
puede observar
Probeta empotrada tanto en la parte superior con inferior lista
para ser ensayada.
Se aplica una fuerza lentamente tomando como nota las
deformaciones que se producen por cada intervalo hasta que la
probeta falle en su parte central, acortndose su dimetro, ya que el
material ser estirado.
4.- Se vuelve a medir la longitud y dimetro de la parte
deformada, para ver la diferencia con las medias inciales.
rea inicial resistente a la carga: Longitud inicial de la
probeta:L = 10 cmTiempo de ensayo: t = 12 24
Este disperso grama nos permitir identificar los puntos que se
ajustaran a una lnea recta y el resto de puntos formara otra curva;
que nos permitiran identificar dos zonas: una elstica y la otra
plstica respectivamente.
En esta grfica se va a determinar dos tramos uno elstico y otro
plstico (curva). En los puntos del lmite de elasticidad, de
esfuerzo unitario mximo y de rotura se determinara la deformacin
unitaria del lmite de elasticidad, deformacin unitaria mxima y
deformacin unitaria de rotura respectivamente.
Las ecuaciones de estas dos curvas son:
Tramo elstico:F(x) = 26764x - 2681Tramo plstico: f(x) = -1E+10x5
+ 4E+09x4 - 4E+08x3 + 2E+07x2 - 6423.x -1045.
Deformacin unitaria y esfuerzo del lmite de elasticidad
Deformacin unitaria y esfuerzo mximo
Esfuerzo de diseo
Deformacin unitaria de rotura y esfuerzo de rotura.
Longitud final luego de finalizar el ensayo:
Estriccin de la probeta:
CONCLUSIONES
Se logr determinar las propiedades mecnicas del acero mediante
probetas estndar.Los resultados obtenidos de las propiedades fsicas
y mecnicas se muestran en el siguiente cuadro de anexos.