Informe de Materiales de Construcción Código Curso:CI3501 Informe N 1 Laboratorio de Tracción

Transcripción

1 Universidad de Chile Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Departamento de Ciencia de los Materiales Informe de Materiales de Construcción Código Curso:CI3501 Informe N 1 Laboratorio de Tracción Nombre Alumno: José Villanueva Sección: 1 Ayudante: Fernando Muñoz Fecha de realización: 21/10/2013 Fecha de entrega:28/10/2013

2 Resumen En el presente informe se estudiará el comportamiento de tres materiales: bronce, duraluminio y acero. En particular, se llevarán a cabo análisis sobre su comportamiento frente a esfuerzos de tracción. Se obtendrán las curvas de esfuerzo-deformación de cada material, así como sus propiedades mecánicas distintivas, tales como la tenacidad, ductilidad, límite de fluencia y esfuerzo máximo. Se espera diferenciar cada uno de los materiales, comprobar sus diferencias y en función de ellas entender las posibles aplicaciones en para diferentes solicitaciones de carga.

3 Introducción Al momento de querer entender las propiedades de algún material utilizado en la construcción, se hace necesario entender su comportamiento frente a distintas cargas y solicitaciones. En este laboratorio práctico, se estudiará con detalle la curva esfuerzo-deformación de tres materiales metálicos, estos son el bronce, el duraluminio y el acero. La ley de Hooke nos da una relación del tipo lineal para el rango elástico, aquí se cumple la siguiente ecuación: σ= E ε, donde σ representa el esfuerzo de tracción, ε la deformación, y E representa el Módulo de Young. Una vez superado el rango elástico, el material comienza a fluir a partir de un esfuerzo conocido como esfuerzo de fluencia. Este rango del material se denomina rango plástico. También es de importancia conocer la tenacidad y ductilidad de cada material, propiedades que indican la cantidad de energia necesaria para la ruptura y la posibilidad de deformar el material sosteniblemente sin fracturarse, respectivamente. Todas las propiedades anteriores serán estudiadas y calculadas para cada uno de los tres materiales.

4 Metodología En la sesión práctica se lleva a cabo el proceso descrito a continuación: Se elige la probeta a estudiar. Se mide el largo inicial y el diámetro de cada probeta mediante un pie de metro con lo que se obtiene Lo y Ao Se coloca la probeta en la máquina de ensayo INSTRON del laboratorio docente de Ciencia e Ingeniería de los Materiales, la cual somete a la probeta a una carga creciente y continua, registrando cada cierto intervalo de tiempo, mediante la ayuda de un programa adecuado, la carga y la deformación que sufre el material Una vez llegado al punto de la ruptura del material, se registra el largo final y el diámetro final en la sección donde se produjo la falla

5 Resultados Mediante los datos registrados en el laboratorio, para el esfuerzo de tracción en cada probeta y la deformación, es posible general la curva esfuerzo-deformación. Para este laboratorio, estudiaremos en particular las siguientes propiedades de los materiales: Límite de fluencia Esfuerzo máximo Deformación máxima a la ruptura Tenacidad y Ductilidad Será necesario calcular el área bajo las curvas, para lo cual se utiliza una aproximación con sumas de Riemann: Δxi * f(xi) En este caso Δxi representa la diferencia i-ésima de las deformaciones, que en los tres casos podremos considerarlas constantes con un error bastante bajo, promediándolas. Así, en la suma anterior, Δxi= Δx = cste. (Depende de cual de los tres materiales se estudia) Luego Δxi * f(xi) = Δx f(xi) donde f(xi) representa el esfuerzo i-ésimo. Duraluminio Curva esfuerzo deformación Duraluminio Esfuerzo[MPa] Esfuerzo de tracción (MPa) 0 0 0,05 0,1 Deformación [mm/mm]

6 Analizando la curva es posible distinguir claramente lo siguiente: -Límite de fluencia (σ f ): 250 [MPa] -Esfuerzo máximo: 254 [MPa] -Deformación máxima a la ruptura: 0,08998 [mm/mm] -Tenacidad: 0,000105* ,468 = 16,7745 [J/mm] -Ductilidad: Alargamiento relativo = 6,36 % Reducción de área = 40,8 % Bronce ,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 Esfuerzo [MPa] Curva esfuerzo deformación Bronce Deformación [mm/mm] Mediante Excel es posible calcular: -Límite de fluencia (σ f ): 390 [MPa] -Esfuerzo máximo: 427 [MPa] -Deformación máxima a la ruptura: 0,1552 [mm/mm] -Tenacidad: 0,000005* ,41= 26,6647 [J/mm] -Ductilidad: Alargamiento relativo = 7,31 % Reducción de área = 32,76 %

7 Acero Curva esfuerzo deformación Acero Esfuerzo [MPa] ,05 0,1 0,15 Deformación [mm/mm] Esfuerzo de tracción (MPa) Se obtiene lo siguiente: -Límite de fluencia (σ f ): 692 [MPa] -Esfuerzo máximo: 718 [MPa] -Deformación máxima a la ruptura: 0,1122 [mm/mm] -Tenacidad: 0,00008*634874,679= 50,7899 [J/mm] -Ductilidad: Alargamiento relativo = 5,81 % Reducción de área = 52,73 %

8 Discusión Mediante los resultados obtenidos, es posible dar cuenta de varios puntos importantes a destacar. El comportamiento de los distintos materiales, siguió las directrices esperadas, esto es, todos mostraron un comportamiento elástico claramente reconocible hasta el límite de fluencia. Una vez superado el límite de fluencia, en la región plástica es posible observar diferencias entre los tres metales estudiados, en particular el duraluminio posee una región plástica menos clara e irregular que los otros dos. De los tres materiales el acero es el que presenta mayores valores para fluencia, tenacidad y esfuerzo máximo. Es entonces posible asegurar que éste material se comportará de mejor manera si las solicitaciones son de magnitud considerable. En muchas situaciones en la elección de materiales para la construcción, se privilegia el comportamiento dúctil por sobre el frágil, por lo que es claro que elegir bronce o el duraluminio sería una mala decisión, por su comparativamente comportamiento frágil. Es también posible distinguir que entre los tres, el acero es el más tenaz, lo que explica que sea utilizado fuertemente en la construcción así como para fabricar herramientas.

9 Bibliografía Donoso, E., Materiales de construcción, Cuaderno de trabajo, U de Chile, Fac. Cs. Fís. Y Mat., u-cursos/material docente. Smith, W.F., Ciencia e ingeniería de los materiales, Madrid, Ed. McGraw Hill, 2004 Flinn, R.A. y Trojan, P.K., Materiales de Ingeniería y sus aplicaciones