UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON

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4 UNIVERSIDAD AUTNMA DE NUEV LEN FACULTAD DE INGENIERÍA MECANICA Y ELECTRICA SUBDIRECCIN DE ESTUDIS DE PST-GRAD CARACTERIZACIN MECANICA EN ALUMINI ACER Y LATN TESIS EN PCIN Al GRAD DE MAESTR EN CIENCIAS DE LA INGENIERIA MECANICA CN ESPECIALIDAD EN MATERIALES QUE PRESENTA EL ING. JESUS R, BENAVIDES RTIZ CD. UNIVERSITARIA DICIEMBRE DE 2000

5 FND T E S S

6 UNIVERSIDAD AUTNMA DE NUEV LEN FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA Y ELÉCTRICA SUBDIRECCIÓN DE ESTUDIS DE PST-GRAD CARACTERIZACIN MECANICA EN ALUMINI, ACER Y LATÓN TESIS EN PCIÓN AL GRAD DE MAESTR EN CIENCIAS DE LA INGENIERÍA MECÁNICA CN ESPECIALIDAD EN MATERIALES QUE PRESENTA EL ING. JESUS R. BENAVIDES RTIZ CD. UNIVERSITARIA DICIEMBRE DE 2000

7 UNIVERSIDAD AUTNMA DE NUEV LEN FACULTAD DE INGENÍERIA MECÁNICA Y ELÉCTRICA SUBDIRECCJÓN DE ESTUDIS DE PST-GRAD CARACTERIZACIN MECANICA EN ALUMINI, ACER Y LATÓN TESIS EN PCIÓN AL GRAD DE MAESTR EN CIENCIAS DE LA INGENIERÍA MECÁNICA CN ESPECIALIDAD EN MATERIALES QUE PRESENTA EL ING. JESUS R. BENAVIDES RTIZ CD.UNI VERSI TARJA DICIEMBRE DE 2000

8 I MVERSIDAD ALTÓNMA DE i\l'ev LEÓN FACI LTAD DE INGENIERIA MECÁNICA Y ELÉCTRICA SLI3DIRECCÓN DE ESTLDIS DE PST-GRAD Ls miembrs del cmité de tesis recmendams que la tesis "CARACTERIZACIÓN MECANICA EN ALUMINI, ACER Y LATÓN", realizada pr el alumn Ing. Jesús R. Benavides rtiz cn númer de matrícula 0U27859, sea aceptada para su defensa cm pción al grad de Maestr en Ciencias de la Ingeniería Mecánica cn especialidad en Materiales. El Cmité de Tesis Asesr MC. Daniel Ramirez VíIIarreal C as es r MC. Ruben Chavez Castill MC. Rbert VíIIarreal Garza Subdirección de Estudis pstgrad Sn. Niclas de ls Garza, N.L. Diciembre de 2000

9 DEDICATRIA Gracias... A Dis pr permitirme vivir cada día y aprender de mis semejantes y de la vida, las csas psitivas. A mi padre Sr. Rdlf Benavides Páez a quien agradezc el apy y precaución brindad en las buenas y en las malas para seguir adelante en este camin del saber. A mi madre Sra. felia rtiz Sánchez (+) pr darme su apy y cmprensión desde mis primers estudis, y que hy culmin un mas. A mi espsa Glria Treviñ de Benavides pr darme su apy, paciencia y cmprensión en la realización de este trabaj. A mis hijs Jesús Rdlf y Cindy Belem, que este trabaj les pueda servir de ejempl para que el camin de la sabiduría lleguen a desarrllarse cm persnas de bien. A mis hermans Rland, Jsé Luis, Blanca Nelly y Jaime. Y familiares cn cariñ y respet.

10 AGRADECIMIENTS A la universidad Autónma de Nuev León a la facultad de Ingeniería Mecanica y Eléctrica a través de sus diferentes áreas académicas y de investigación que apyarn en el desarrll de esta tesis. Al MC. Jsé Antni Gnzález Treviñ secretari Académic de la universidad Autónma de Nuev León pr su apy e interés en la realización de esta tesis cm parte de mi superación académica cm prfesr de carrera de nuestra facultad. Al MC. Castul E. Vela Villarreal directr de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica pr cntar su apy e interés en el desarrll de este estudi. Al MC. Daniel Ramírez Villarreal pr darme la prtunidad de experimentar en ests materiales de investigación y aprtar este estudi al cncimient de ells. Pr su dispsición en asesría y facilidades técnicas para el desarrll de esta investigación. MC. Misés Espinza Esquivel pr su asesría, apy e interés en la culminación de esta tesis. Al MC. Rubén Chávez Castill pr su clabración en la asesría y revisión de este trabaj. Al MC.. Felipe Fuentes Espinsa (+) e Ing. Lrenz Vela Peña pr creer en mi. A mis amigs Maestrs del H. Departament de Mecánica de ls Materiales que me apyarn para la realización de este trabaj. Ing. Flrenci Cuellar Salazar, MC. Francisc Javier lvera Rdríguez., Ing. Mari Jaime Brjas García, Ing. Juan Antni García Ruiz, Ing. Pedr Álvarez Reyna, MC. Cesar Gerard Dimas Aceved e Ing. Amld Lzan Garza.

11 PRLG La resistencia de materiales amplia el estudi de las fuerzas que se inició en mecánica, per que existe una diferencia bvia entren ambas materias. El camp de la mecánica abarca fundamentalmente las relacines entre las fuerzas que actúan sbre un sólid indefrmable. La estática estudia ls sólids en equilibri, mientras que la dinámica estudia Js sólids acelerads, aunque se puede establecerle el equilibri dinámic mediante la intrducción de las fuerzas de Ja inercia. En cntraste cn la mecánica, la resistencia de ls materiales estudia y establece las relacines entre las cargas exterires aplicadas y sus efects en el interir de ls sólids. Además, n supne que ls sólids sn idealmente indefrmables, cm en la primera, sin que las defrmacines, pr pequeñas que sean, tienen gran interés. Las prpiedades del materia] de que se cnstruye una estructura una maquina afectan tant a su elección cm a su diseñ, ya que se debe satisfacer las cndicines de resistencia y de rigidez. Es cncid de tds, que ls materiales sn parte esencial en la manufactura de ls prducts, bienes de capital e insums, ests pueden ser metales, cerámicas, plímers, cmpuests. Per es hasta n hace much tiemp que la humanidad se ha dad cuenta que le es necesari cncer a la mayr exactitud las prpiedades de ls materiales cm sn las mecánicas, físicas, eléctricas, electrónicas, químicas y fisinables cm parte del cncimient de ells. N se puede utilizar el mism material para la cnstrucción de una pieza autmtriz que para fabricar un prduct dmestic. Ya que requiere ambas partes, de prpiedades y características distintas para su función.

12 En muchs prducts es cmún que se hallen sbrediseñads debid a la escasa atención en las prpiedades de ls materiales l cual casinan ele\ación de csts en prducción. En ls materiales a fabricar es regla cmún realizar muestras de caracterización mecánica para cuantificar sus prpiedades y cmpararlas cn las referencias mínimas, que debe cumplir para una buena calidad del mism. Es aquí dnde la ciencia de la mecánica de materiales se requiere para una mejr cmprensión del us y aplicación de las prpiedades en ingeniería.

13 INDICE PAG. SÍNTESIS CAPITUL INTRDUCCIN 2. DESCRIPCIN DEL PRBLEMA 2.2 BJETIV DE LA TESIS 2.3 JUSTIFICACIN DE LA TESIS 2.4 LIMITES DEL ESTUDI 2.5 METDLGIA 3.6 REVISIN BIBLIGRAFICA 3 CAPITUL 2 PRPIEDADES MECANICAS A TENSIÓN 4 2. INTRDUCCIN ZNAS EN LA GRAFICA ESFUERZ Y DEFRMACIÓN PRPIEDADES MECANICAS EN LA ZNA ELASTICA METDS DE BTENCIÓN DE LA RESISTENCIA A LA CEDENCIA RIGIDEZ RESILIENCA PRPIEDADES MECANICAS EN LA ZNA PLASTICA RESISTENCIA PLASTICA DUCTILIDAD TENACIDAD 7

14 CAPITUL 3 PRPIEDADES DE ESFUERZ - DE- FRMACIÓN VERDADERS EN TENSIÓN SIMPLE INTRDUCCIN ESFUERZ Y DEFRMACIÓN VERDADERA REDUCCIÓN DE AREA VERDADERA ESFUERZ VERDADER EN FUNCIN DE LA DEFRMACIÓN NMINAL INGENIERIL. ( ) RELACIN ENTRE EL ESFUERZ VERDADER Y LA REDUCCIÓN DE AREA.. 24 CAPITUL 4 PRPIEDADES ESFUERZ DEFRMA- CIN ESTATICAS A CRTE PRPIEDADES BTENIDAS EN CRTE DIRECT PRPIEDADES DE CRTE ESTATIC USAND ESPECIMENES CICULARES SLIDS A TRSIÓN INTRDUCCIÓN RESISTENCIA AL CRTE ELÁSTIC RIGIDEZ RESILIENCIA RESISTENCIA AL CRTE PLASTIC DUCTILIDAD TENACIDAD 37 CAPITUL 5 PRUEBAS MECANICAS EN ACER ESTRUCTURAL, LATN Y ALUMINI ENSAYS ESTATICS DE TENSIÓN ENSAYS ESTATIC DE CMPRESIÓN 75

15 5.3 ENSAY ESTATIC DE CRTE 06 CAPITUL 6 RESULTADS RESULTADS DE LS ENSAYS DE TENSIÓN RESLLTADS DE LS ENSAYS DE CMPRESIÓN 2 6.3RESULTADS DE LS ENSAYS DE CRTE 7 CAPITUL 7CNCLUSINES Y RECMENDACINES 9 BIBLIGRAFÍA 2 LISTAD DE FIGURAS Y GRAFICS 22 GLSARI 24 AUTBIGRAFÍA 25

16 SÍNTESIS Está tesis tiene pr bjet presentar las prpiedades mecánicas de ls materiales empleads en el labratri de mecánica de materiales para prácticas realizadas en nuestra facultad y de las cuales n existe un antecedente del cmprtamient mecánic de ls misms. En está tesis se analizó el cmprtamient de ls materiales a estudiar para tener una mejr cmprensión de ells, en cuant a sus prpiedades mecánicas. Se aplicarn ls cncepts de la relación esfuerz defrmación verdaders, ls cuales fuern cmparads cn respect a la relación de esfuerz y defrmación íngenieril para establecer la diferencias entre ls valres btenids verdaders y ls ingenieriles. En este estudi se siguió una metdlgía científica para su realización, en la cual se inici cn la preparación de las muestras, se realizó ls ensays crrespndientes para cada cas y se registró las lecturas de carga y defrmación en bitácras diseñadas para cada una de las pruebas mecánicas. Se estudi ls cncepts de la cnstante de resistencia mecánica y de expnente de endurecimient pr defrmación. Psterirmente se realizó el calcul de las prpiedades mecánicas según las recmendacines de la ASTM, para su valración, lueg se prcedió al análisis de ls resultads para cncluir su cmprtamient mecánic.

17 CAPÍTUL INTRDUCCIÓN..- Descripción del prblema. En este estudi se planteará el cálcul y btención de las prpiedades mecánicas en is materiales alumini, acer estructural y latón. Ls cuales frman parte de las prbetas usadas en el labratri de mecánica de materiales desarrllándse ls gráfics de cmprtamient..2.- bjetiv de la tesis. El bjetiv de este estudi es determinar las prpiedades mecánicas de ls materiales: Alumini, acer estructural y latón, a través de ls ensays estátics de tensión, cmpresión y crte Direct..3.- Justificación de la tesis. Este estudi se realiz debid a que ests materiales usads en ls labratris de mecánica de materiales n existe un antecedente de cmprtamient mecánic cn ej cual cmparar ls resultads que se btienen cada semestre..4.- Límites del estudi. Este estudi tiene sus iímites en calcular as prpiedades mecánicas de ls materiales a cnsiderar, el aspect metalgráfic y químic pertenece a tr labratri que se imparte en el área de materiales.

18 .5. Metdlgía Para este estudi se hara la siguiente metdlgía Preparación de la muestra Prcedimient de prueba según ASTM E-8 Ensays mecánics de técnics, cmparación, crte. Registr de valres de carga y refrmación Cálcul de prpiedades mecánicas..6. Revisión Bibligráfica Ls estudis existentes para el cálcul y btención de estas prpiedades mecánicas para ests materiales es extens y sus calificacines sn presentadas en diferentes equivalencias de Nrmas cm la ASM, ASTM, DIM, etc. Las características mecánicas mínimas serán btenidas al cnsultar esta bibligrafía y btener una cnclusión ai cmpararlas cn las encntradas en el trabaj realizad.

19 CAPITUL 2 PRPIEDADES MECANICAS A TENSIÓN 2. INTRDUCCIÓN La relación esfuerz - defrmación ' ti de h siguiente frmq Figura 2. Distribución unifrme del esfuerz axial

20 e > La delrmacín medida pr un SI RAIN-GAGES de defrmación para una lneitud de calibración L. t> S > Esfuerz Axial ó Simple' es la fuerza interna pr la unidad de area A. S - Lb N - Pa A in nni 4 El esfuerz unifrme prducirá una elngación e unifrme. Est se presenta si las prpiedades resistentes sn unifrmes. La defrmación unitaria será; ( ) t - e in, mm L in mm. Ec2.2 Cn el esfuerz_s.y la defrmación fc se puede trazar el diagrama esfuerz - defrmación, cm se muestra en la figura 2.2

21 0 Sfiam i -in. per in (0) Due e mlerial- lype A SI rain { -in per in. [6) Due ile materihype 8 ps IS» / / / CL / aj 7> / / / / Slfin f - in. per in / Slrin -in. r>er rn. If) Grillle micril-lype A BriNle mletil lype B, / / Slmin {- in per in. (ff ] N n me flic elns'ic -sil rubber mcileril Fig. 2.2 Diagramas típics esfuerz - defrmación Al esfuerz S y defrmación e_sn llamads nminales. Debid a que se cnsidera la lngitud de calibración inicial ("W) y el área inicial. ("A")

22 También se le cnce cm relación de esfueiz - defrmación ingeneril - Ley de Hke (678) S^s Ec.2,3 S t E = S e S e - P A e_ L Mdul de Elasticidad de Yung. E = P/A = EL (Lb/in 2, Mpa, Kg/cm 2 ) Ec.2.4 e/ L ea (, 2.2 ZNAS EN LA GRÁFICA ESFUERZ - DEFRMACIÓN. - Rangs elástics y plástics en el diagrama esfuerz - defrmación. Cm se muestra en la figura 2.3 Figura 2 3 Znas dentr de la gráfica esfuerz - defrmación.

23 Fn la zna plastica se tiene que si se remueve la carga la defrmación pcimaneec ( ep) Cm se muestra en la figura 2 4 plastica Figura 2.4 Defrmacines plásticas después de descargar el espécimen. Pr l que la defrmación resultante será. E = Ep-i r. c Ec.2.5 Si el cmprtamient elástic es lineal al remver la carga. a cleíbiinación clástica iccupciada seiá c c "~ S y la defrmación resultante: E F. - S -f c P E Ec.2.6 Si el espécimen es recargad, la relación esfuerz - defrmación cincide cn Ja descarga anterir

24 2.3: PRPIEDADES MECANICAS EN LA ZNA ELÁSTICA. Resistencia elástica es medida pr el esfuerz entre el rang elástic y plástic, cm se muestra en la figura 2 5 a) y b). V / -7 t C 4 / f 7 / c» / / /. / 7 / -/ / i / / VI í k / Cñ > Sltin-ln per in. Slrin-in per in. / / 8 0 c _ / b f ' / / / E / Slrin-in. per ín. í") ( (c) Fig. 2.5 Punts de resistencia elástica en gráfica esfuerz defrmación LIMITE PRPRCINAL: es el máxim esfiierz que puede desarrllar el material para una ultima defrmación elástica, pr l que el esfuerz y defrmación sn prprcinales hasta ese punt. Cm se bserva en la figura 2.5 a) el punt es el a, LIMITE ELASTIC: Es dentad pr b_en la figura 2.5 a), es él máxim esfuerz que puede desarrllar el material sin que presente una defrmación permanente, es difícil detectarl. Y es llamad valr de resistencia ideal. -En la figura 2.5.a) se bserva el punt c) y se le llama punt de ced encía superir y al punt d punt de cedencia inferir.

25 2.3.. METDS DE BTENCIN DE LA RESISTENCIA A LA CEDENCIA. En la figura 2 5 b) se tiene el métd FFSET al desplazar la pendiente un valr z Q y al mterseciar cn la curva encmiarns el punt ^llamándse esfuerz de cedencia. El métd FFSET recmendad pr la ASTM, cnsiste en trazar una paralela a la pendiente de la gráfica a partir de un valr de defrmación entre 0.00,0.002, 0.003, tr métd es el de Jhnsn Limite elástic aparente en el cual cnsiste en trazar una linca CP hacia la recta de la gráfica desde él eje de esfuerzs, lueg se btiene DE = 0.5 CD y se cntinua la línea cn ese valr, para después trazar una pendiente E. Enseguida se traza una tangente (FG) a la grafica, la cual debe ser paralela a la pendiente E. Definiend pr ultim al punt f cm el esfuerz de cedencia, este métd es pc usual RIGIDEZ Es el esfuerz dad en el materia! para una defrmación cnsiderada. Representada pr el módul de elasticidad (E) cuant mayr sea esta cnstante elástica mayr será la rigidez en la mayría de ls materiales. Est se puede ver en la figura 2.6 i

26 t ) Fig 2 6 Métds para btener él módul elástic. Ls métds para encntrar la rigidez en función del módul elástic sn:.-métd del módul tangencial inicial ver figura 2.6 a). 2.-Métd de la secante, ver figura 2.6 b) 3.-Métd de la Tangente para un punt B. - Razón de Pissn Es la razón de la defrmación transversal a la defrmación lngitudinal axial ea. M = 8a Ec.2.7

27 - La razón de Pissn es una medida de la rigidez del material en dirección a 90 de la dirección uniaxial Alguns materiales tienen un valr entre 0.25 y 0.35, para cauchs es de 0 45 aprximadamente. El cncret de /6 a / RESILIENCIA: Es la prpiedad que tiene el material de absrber energia hasta el limite prprcinal. Se btiene cm; Mp ~ Sp s P, S p = 8 P E Esfuerz en el limite prprcinal 2 sp = Sp E Defrmación en el límite prprcinal Mp= íke M P =_S C 2 Ib-in ó kg-cm 6 N-m Ec.2.8 2E in 3 cm 3 m 3 i Al esfrzar el element desde el punt p a p', el trabaj hech es: S de pr l que el trabaj hech en esfrzar al espécimen hasta el limite prprcinal es: Cp rp fip Mp = \ Sde = J Eede = E 0 2 Mp = E 2 Si Sp = E ep ep - Sp E Mp = 3 2 E 2 = E S 2 E 2 Mp = Sq 2 Lb-in ó N-mm ó Kg-Cm 2E in 3 mm 3 cnr 3 Ec. 2.9

28 También la resiliencia representa pr l tant el área baj la pendiente esfuerz - defrmación cm se muestra en la figura 2 7 Figura 2.7 btención de la resiliencia

29 Debid a la dificultad de encntrar el Sp se puede cnsiderar el valr de esfuerz a la cedencia My - Sv*P E Ec.2.9 Se puede calcular el errr haciend Errr ~ Mv - Mp x 00 Mp 2.4. PRPIEDADES MECANICAS EN LA ZNA PLASTICA. Resistencia plástica Ductilidad Tenacidad Resistencia plástica, es el máxim esfuerz que puede desarrllar él material antes de iniciar su i a cm: b[i = Pmax Ec.2.0 A 0 -Se le llama resistencia ultima máxima (S _i) está representada pr el punt g_en la figura El esfuerz máxim desarrllad en el material para llegar al punt de ruptura h se le cnce cm resistencia a la fractura Srcm se muestra en la figura 2.8.

30 Sliin í in [>er n (el Fig. 2.8 Prpiedades en la zna plástica.

31 Ductilidad: Es la prpiedad que tiene el material de presentar su habilidad para defrmarse en la zna plastica Se mide a tiavés de. + un ensay de tensión pr / Enlngación = De LrL x 00 L Ec.2. % Reducción de área = Da _ A-Af x 00 A " Ec.2.2 Para estas características se cnsidera la lngitud de calibración en el espécimen. Las defrmacines sn pequeñas en la zna elástica y después de cedencia sn grandes y sn iguales aprximadamente, a través de la lngitud de calibración y cuand se llega a la carga máxima una mayr parte de la defrmación se cncentra en el inici de la extricción reducción de área. Cm se ve en la figura 2.9. ', r Dc/re lding Figura 2.9 Espécimen antes y después de la fractura.

32 Pr! que el prcentaje es la defrmación a la fractura dividid entre la lngitud de calibración. Entre mayr sea la lngitud de calibración menr será el pr cient de elngación Tenacidad: es la prpiedad que tienen ls materiales de absrber energía hasta el punt de ruptura. Para determinar él módul de tenacidad la energía de defrmación absrbida va desde F a G en la figura 2 8 Ef p = J S de Pr l que Sde representa él área FGTI en la figura. 2.8 y se puede medir cn un planimetr. Mds de calcular la tenacidad. - Tenacidad "índice numeric" Ec Tenacidad cnsiderand el valr prmedi: entre cedencia y esfuerz máxim. T 0 = S er Ec Tenacidad para materiales frágiles T 0 = 2 Sp Sf 3 EC. 2.5 Unidades sn N - m, Ib - in, Ka - cm m m cm

33 Unidades sn N m, }b in. Kg - cm m in 3 cm 3 Un resumen gráfic de las prpiedades en tensión, se muestra en la figura 2.0 y en la Figura 2 Se muestra diferentes matei iales y sus gráficas esfuerz-defrmación. Elslic SllQflQltl : Sf-p A 8 2. SliKnc» -- f In 0, = In ACB 3 Resiliente - ty ~ Q'e ACB C t. PInslic sirengih = S0 - BC ' fa Duciiíily = I00f = 00 * DC 'fy // 3 Turjhnpss = /c - rea A8C0% Slrin f ( I Fig. 2.0 Resumen de prpiedades mecánicas elásticas y plásticas.

34 $f\e 340 sleel wler-quenched ntj ren pered t 700 F. N cvei lly steel Sl nless steel sheel I7-7PII J. Simless sleel (0-0) Anneled lltmum fly sheel (6AMV) Nickel li/ sleel Anneled N-55 pily sheet Qm^tjluminum li/ sheel {2024-T8I) Aíc 27ST Slructufl 5'cel (mild Sleel) Mgnesium (24 Sliin t -in. per in. Fig 2. Gráfics esfuerz - defrmación iniíieneril para alguns materiales.

35 CAPITUL 3 PRPIEDADES DE ESFUERZ - DEFRMACIN VERDADERS EN TENSIÓN SIMPLE 3. INTRDUCCIN Las prpiedades mecánicas en la región elástica se mantienen casi iguales al cnsiderar el esfuerz y defrmación verdaders. En la región plástica es dnde se denta la diferencia entre el esfuerz - defrmación verdader y el esfuerz - defrmación ingenieril. 3.2 ESFUERZ Y DEFRMACIN VERDADER. - Esfuerz verdader es aquel en el que se cnsidera él área actual en cada instante (A). S l -P Ec. 3. A A» representa él área medida a cada lectura de carga.

36 Defrmación verdadera es cuand!a lngitud de calibración varia cn la aplicación de la carga 5 íi d Li - [In Li]]. Li 5- Ln L U defrmación veidadera Ec 3.2 Dnde L > lngitud verdadera de defrmación AL 0 Cambi de lngitud de Calibración. L = L + A L 0 5- ln L" - Ir L + A L L» L 6- ln(l +B) Ec.3.3 5» Defrmación Verdadera Unitaiia in, mm in mm Estas ecuacines fuern prpuestas prludwik en 909 en Alemania.

37 3.2.. REDUCCIÓN DE ÁREA VERDADERA. i Fue Mac. Gregr a mediads de 800 cuand desarrll su tería. q A = - Ia dai = - [ln Aj A = - ln A Ai U A q = ln Al Reducción Ec.3.4 A en Área dnde. A» Área reducida para cada valr de carga aplicada en ese instante. A > Área inicial calibración. q l» Reducción del área verdadera ESFUERZ VERDADER EN FUNCIN DE LA DEFRMACIN NMINAL NGIENERIL (s). Cnsiderand cm hipótesis que en el rang plástic el vlumen permanece aprximadamente cnstante, en el rang elástic se pdría despreciar el cambi pequeñ en vlumen. Pr l que: A LQ AL L - A Ec.3.5 A L 0 Sustituyend L_ = A en la ecuación. : L Á 5 = ln L = ln A L 0 Á

38 8 In ( + t) In A - In ( + 8) A A- ( +E) A A A 0 Area Verdadera ( + e) Para Cada Aplicación De Carga. Sustituyend A en la Ec.3. A A 0 S - P > A 0 esfuerz nminal ingenieril S' - S ( + g) esfuerz verdader

39 3.4 - RELACIN ENTRE EL ESFUERZ VERDADER Y LA REDI CCIN DE AREA. Métds de prueba para btener diagramas de Esfuerz - Defrmación verdaders. Para definir prpiedades mecánicas en la región plástica se tienen tres métds..-metd usand dimensines lateral. Se emplea para especímenes de sección circular. El prcedimient de prueba cnsiste. Registrar diámetrs del espécimen para varias cargas desde el inici de cedencia hasta fractura. A través de un micròmetr u tr tip de medidr. Se debe lcalizar el área más pequeña al mver el medidr a través de la lngitud de calibración. Para realizar él calcul del esfuerz y defrmación verdaders se tiene que aplicar las ecuacines: S'= P "4P A ná 2 Ec.3.7 Ec.3.8 Ec.3.9

40 Una vez calculad ls esfuerzs y defrmacines verdaders hasta fractura, se realiza Ja grafica cm se muestra en la figura 3. () Mlefil 30^ stinless s'eel Fig. 3. Curva Esfuerz- Defrmación basada en medicines de diámetr

41 2.- Métd usand la defrmación axial. El métd cnsiste en medir la defrmación a través de un extensómetr, la defrmación nminal (e) puede ser encntrada cn ls valres de defrmación axial y cn las siguientes ecuacines, calcular el esfuerz y defrmación verdaders: S'= S (+e) 8 ~ In (HE). Antes de alcanzar la carga máxima la defrmación es casi unifrme en la lngitud de calibración. Al iniciar la estricción en una zna de la lngitud, la defrmación empieza a ser mayr que en tras áreas, est significa que la lngitud de calibración seleccinada influirá en el valr de la defrmación determinada cm se muestra en la figura ' ^ '! Nminl ' Irue Str n n per n >- (ó) MIcriuI-TJCi siamés sleel Fia. 3 2 Curva esfuerz - Defrmación basad en medicines de defrmación axial.

42 3.- Métd de las ds cargas. Este métd descubiert pr Mac Gregr cnsiste en maquinar un espécimen de sección circular en frma cónica, cm se muestra en la figura 3.3(a) { ) lniic'f' spccimci [ lefs le Irue stress slrin i. Fig. 3 3 fa) Espécimen cónic para la determinación de Ja relación esfuerz defrmación verdaders. Lueg se mide cn algún aparat calibradr lineal el diámetr inicial D c en varias seccines transversales, cm se ve en la Figura 3.3 (a). - Se inicia el ensay de tensión llevand el espécimen a la carga máxima y de fractura. Haciéndse registr de Carga - Defrmación y registrándse Pp y Pr respectivamente.

43 - Despues de la fractura el diameti reducid Di del espécimen es medid y bservad en el mism lugar que en el inici de su registr - Se calcula el esfuerz y defrmación verdaders para la carga máxima Pp S' Pi-i Ai 4_Pu tzd\ 7 Ec n Ai 0-2 In Di Ai Di Ec.3. - Se calcula el esfuerz y defrmación v erdader para la carga de fractura Pf. S f Pr - A' r 4P f W Ec r = ln = 2 In IT,-, A'r D> Ec.3.3 Fste métd n prprcina dats entre ls punts A y B, la gráfica para este métd se muestra en la figura 3.4 Pr l que se puede cnsideiar una línea recta entre A y B.

44 -La ventaja de este métd es que n se requieie medición de diámetrs durante la prueba ensav "V se puede usar para pruebas de tensión a alta temperatura. - Desventaja El espécimen es labris paia maquinar y la distribución de esfuerzs n es unifrme True fcnsüc stress s'rciin reiaiín Fig. 3.4 Determinación de la curva esfuerz - defrmación pr el métd de las ds cargas de Mac Gregr

45 CAPITUL. 4 - PRPIEDADES ESFUERZ-DEFRMACIN ESTATICAS A ( U FE. 4.-PRPIEDADES BTENIDAS EN CRTE DIRECT. Fn este ensay de crte n se puede graficar defrmación prque n existe debid a que el material sl cede al desplazamient cí7alladura En la figuta 4 se muestra la manera en qvse se puede prbar el material

46 (7)Jhnsn's she ll lf me'ls ' ( Tensin lype shei 00'J Ple specimen, Rund punch w - Die (AL PUNÌ I SHED' ( >) Punch sher lesi lr Iíc P Ld - 45 LcJ fc) Sltted pile sher lesi ( i ) Plywd qh e sher d ic'jj - Lad i) She r tesi (r nvels i Ld li»el t be iesi»ri "Siicr pune Íí) Sher tesi tr wd Nmini l,l'i S H ENI ^ R_ L! SPECIMEN Y -'ry?7~r yyy~-j [/)5hei tesi lr s K ( k ) Mdified Jhii'-m S Sher rig I Material a prueba de cne

47 4.2 PRPIEDADES DE C RI E ES I \ I K l SAND ESPECIMENES ( IRC I LARES SLIDS A TRSIN IN I RDl ( ( IN \ llaves de un ensa\ de trsión dnde se leg'mia ls valres de par lrsr (Mt) cnlra ánmil de ltsión (0) se puede evaluat las prpiedades mecánicas a cile pin Resistencia al crte elástica: esm se mide a través del esfuerz máxim crtante a trsión, la cedencia en trsin se puede btener aplicand el métd de Jhnsn cn el cual se btiene un valr aprximad del limite elástic aparente, en e! punt A de la figura 4.2 (a) en esta gráfica se eslima el valr de (M (r ) mment tensr y el esfuerz se btendrá cn S, - Mip_r J Resistencia ai crte pur Ec.4

48 Figura 4 2 (a) Gráfica mment trsr VS esfuerz crtante La resistencia elástica a la trsión se puede btener también, a través de un ángul ffset, para determinar el par lrsi de cedencia F,n el punt B cm se muestra en la figura 4 2 (b). í Isei nq f l l.ill A n rj r ni» (I J- Qpq'er í Fig. 4.2 (b) btención del par de cedencia En la gráfica 4 2 (b) se btiene el pa» trsr de cedencia (M ty ) cn el cual se btiene la resistencia al crte elástica la cedencia: S«\ _ M, v r F.c 4 2

49 hsta ecuación cnsidera una relación lit eal enlie esfiieiz crtante y defrmación angular Rigidez Ls la resistencia trsinal a la defrmación en el rang elástic, y se mide a través del mdul de elasticidad al crle (K) llamad también módul de rigidez E* «Mi L J Ec 4 3 dnde' L -> Lngitud de calibración J > ky a 2 pieza slida 0» ángul de trsión (radianes) También puede btenerse en función del mdul elástic a tensión y cn la razón de Pissn E," E 2 ( ) + m ) Re.4.4 dnde E M Módul elástic a crte Razón de Pissn

50 4.2.4 Resiliencia: Fs la habilidad del materia! de absrber eneigia a cile en el rang elástic, hasta él limite pr >prcinal ri mdul de resiliencia al crte es represen!ad pr el trabaj prmedi pr unidad de vlumen, para esfrzar el material en trsión hasta él limite prpicinal. iu ' L 2 AL V. - J Ib^n - m t k m m Ec.4.5 dnde. A > Area transversal I > ngitud de calibración i i ttc prprcinal I i/nuie prprcinal El trabaj prmedi módul de resiliencia se puede expresar en función del S«r resistencia elástica y módul elástic a crte, F c IU " SS_Q 4 E, Re. 4.6 Cnsiderand el esfuerz a la cedencia al ci te S tk - S s 2 v 4F Módul de resiliencia (jasad en cedencia Ec 4 7

51 t mparand el mdul de rcsiliencia a tisin cn el de tensión u se Muestra que U, ' Á ^ - 2 Mi Fe 4 8 a residencia a trsión es un medi de la de tensión 4.3 Resistencia al crte plástica : Es determinada pr la resistencia máxima aparente en trsión y e.s llamada módul de ruptura Y representa el máxim esfuerz sbre la fibra exterir debid al par trsr máxim S«,i = M, XU Y J Ec.4.9 A través de esta ecuación se tiene un ciert errr, nías adelante sé explicará para fines de cmparación y para selección de material; su aplicación es segura 4.4 Ductilidad: en trsión es la habilidad del material para defrmarse en él rang plástic Se btiene midiend la lngitud final y la inicial de calibración, y aplicand la ecuación' D, - Li - U n 00 Fe.4.0

52 4.5 - \ enaciílíld: ls el trabaj prmedi pi unidad de vlumen requerid para fiaclurar un espe ii len Representa el area ttal bai la curva par trsi v ángul de trsión, y se calcula T, -Mi,, Gr AL F.c.4. dnde i > Lb-in/in 9i -> Ángul de trsin a la fiaclura Mi > Mment trsr a la fractura A -> Area inicial l. > Lngitud inicial Se puede usar también para mayr seguridad en é! calcul K idad el valr prmedi de (M tj + Mi,,)/2. Ver figuia 4.3 T, - LCM.j H MüiI/2] r AL Ec.4 2 " i í "I Angle Iwi^l l linrkiiff Ify] M.. An e nt lwil (?-d(>]ipi" i Fie 4 3 btención de la tenacidad

53 CAPÍTUL 5 Pruebas Mecánicas en Acer Estructural, Latón y Alumini 5.. Ensays estátic de Tensión En ls ensays estátics de lensin. bitácras de ls ensays, cnsiderand cada una de ellas ls dats iniciales de la pieza y el material a prbar. En cada bitácra se registr las lecturas de carga cntra defrmación y a partir de ests dats se prcedió a calcular la defrmación ingenieril, el esfuerz real en cada un de las piezas de cada material, cn ls cuales se realizarn las gráficas de cmprtamient ingeníenles y reales y las amplificadas hasta cedencia.

54 I E^PE MEN N ATPR AL ACERE TRUCTURAL ENSAY DE T ENS N ES'ANDAR ASTM 8 L, ^ 43 mm Lr= mm D mm D f= 7 39 mm Ac~ mm' Vei idad de ersa 5 mm mm Añ mm' DE C RMACIN CARGA CARGA DEFRMACIN ESFUERZ DEFRMACIN ESFUERZ TAL (mm e (kg) P (N) P INGENIERIL INGENIERIL REAL REAL (mm/mm) e (Mpa) S (mm/mm) C b n U l VJ?ni I r idfl/i d (Mpa) S' U / S

55 i i ui g > c c / i 4 «. tfl F, «c 0) g 7: - Ç «)!? ««J c «c s 0 u M. t 0» f- «q i u 2 Z UJ» 3 0 V) 2 lü Ui p «UJ 05 UJ I \ \ \ s! E s c í S a ó ü s cc LL Ui a N -n k ^ \ > \ i i i i J \ (D s * C* fcdw)0ztí3nis3 CN

56

57 c z UJ K Q W Ili >- (0 z Ui (BdW) 0Zy3fidS3

58 ^PECMEN MATERIAL ENSAY- ESTANDAR N ACER ES TRUCTURAL DE TENSN ASTM E8 kr 5 80 mm mm D = ftim Df= mm Ae= mm" Aj= mm' Velcidad del ensay. 5 mm/min DEFRMACIÓN TTAL (mm) e CARGA CARGA DEFRMACIÓN (kg) P (N) P INGENIERIL (mm/mm) e ESFUERZ INGENIERIL (Mpa) S DEFRMACIÓN REAL (mm/mm) d ESFUERZ C REAL (Mpa) S' \J.\J*J I / ' I / nsfíi Ü

59 e> (NI ( m CM (edw) Zy3 ds3

60

61

62 ESPEC MEN N 3 MATERIAL ENSAY l ESTANDAR ACEP ESTRUCTURAL DE TENSIÓN i ASTM E8 U= mm Lf= mm D = mm D- 735 mm Ac= mm* PR mm" Velcidad def ensay.5 mm/min DEFRMACIÓN CARGA CARGA DEFRMACIÓN ESFUERZ DEFRMACIN ESFUERZ TTAL (mm) e (kg) P (N) P INGENIERIL INGENIERIL REAL REAL (mm/mm) e (Mpa) S (mm/mm) d DC (Mpa) S' u. i CT J U I S0Q V / S

63 T i i ~T I i i ' v> z III h- Ui Q H I- V) Ui n Z LÜ I ' i 4 I, / 4. i --4.! I, I i 4, l Í i I i, t [ > i ll \\ I i i i i \ \l! i i I- l \ i \\ i - -! i i t l Especimen N 3 Material: Acer Estructural ^rma. ASTM E8 Ensay: Tensión Sráfica Ingenien] i i. i. \, i i i i i i, i i j - ' I s-. ' i \ «N I i» r- > íi n M E. a ce u. iu Q

64 z C z ILI I- UJ D Ü (/) ti; >- C z LU III j

65

66 - E MEN N n ERML LA N EN A DE TEN N ^S ANDAR ASTM E8 L mm Lr 6 8 mm D - 9 mm D 9 27 mm Ve c! d je e sa 6 46 mm' A ~ 4, mm' r n m DEFRMA N CARGA CARGA EFRMAC N ESFUERZ DEFRMACIN ESFUERZ TTAL INGENERIL INGENIERIL REAL REAL (mm) e kg) P (N) P mrn/mm) e (Mpa) S (mm/mm) B UJ ' " í C 499C S ' U Q S 30 5C " C 4~ c d (Mpa) c

67 c UJ c 0) 2 c «in D f ) c c f3 U te Si c ï Z UJ Ö = c C z UJ LU a y t- H- W UJ > z UJ (edin) ZÙandS3

68 f C LU e: I C = C g H er i 75 4) ai - (D ra ^ Q. -t; in cu ÜJ en 5 2 LtJ c z LU I- G U (/) LU > c z m E E E E et D Z Ü s : ILU > ÍBdW 0ZÜ3ndS3

69 V) z LU t- LLI W LU >- (fi Z UJ E E, r s a. LL UJ zygndsb

70 fcspecimen N MATERIAL LATÓN ^ ENSAY' ESTANDAR DE TENSIÓN ASTM E8 U,= mm Lf= mm D 0= mm Dr 8 99 mm Ac= mm' A= mm 2 Velcidad del ensay 5 mm'tiin DEFRMACIÓN CARGA CARGA DEFRMACIÓN ESFUERZ DEFRMACIÓN ESFUERZ TTAL (mm) e (kg) P (N) P INGENIERIL INGENIERIL REAL REAL (mm/mm) e (Mpa) S (mm/mm) d ,0360 8Q , % (Mpa) S' fi V 7Ì\A 4 * fi u 77R I W.JTN

71 (EdW) ZtìHildSB

72

73

74 ESPECIMEN MATERIAL ENSAY: ESTANDAR N 3 LATN Ut ENSIN ASTM E8 u= mm Lf= mm D = mm D,= 8 99 mm A= 28 3 mm' A= mnv Velcidad del ensay:.5 mm min DEFRMACIN CARGA CARGA DEFRMACIN ESFUERZ DEFRMACIN ESFUERZ TTAL (mm) e Ckgj P (N) P INGENIERIL INGENIERA REAL REAL (mm/mm) e (Mpa) S (mm/mm) d Í * / (Mpa) S' U S

75

76 m t LU c g tn Z c "S c - 0J ) f) (- E T >- 0) 5 E T Q_ Li) m c C UJ 5 z LU c z LU I- UJ V) LU C/) z UJ E E E. ce z Z) Z -t s et IX LU D ledi«) zaandsa

77

78 BITACRA DEL ENSAY MATERIAL ENSAY: ESTÁNDAR: ALUMINI N DE TENSIÓN ASTM E8 D n= A» Velcidad del ensay. DEFRMACIÓN TTAL (mm) CARGA (kg) P mm mm mm/min CARGA (N) P DEFRMACIÓN INGENIERIL (mm/mm) U= Df= ESFUERZ INGENIERIL (Mpa) S DEFRMACIÓN REAL (mm/mm) d i mm mm mm ESFUERZ REAL (Mpa) S' S

79 I I I I t z LU K û V) UJ > v> 2 UJ L / U -i i U / / 4! ( / / -4 / S / / y ' / J c> t S W S Ï K c ^ ÛJ? CI C ur. -G E S 2.F, M / 7 / «/ CD R T Q * m E. ä VC t z D 0 0 SÉ E ÙC u. LLI a i \ J I lí> i ÍN ] ^ I I. CN, J '

80

81 z 0 2 UJ I- LU H I- (0 LU >- (fí 2 UJ

82 ESPEC/MEN N 2 MATERIAL ALUMINI ENSAY: ESTÁNDAR: DE TENSIÓN ASTM E8 U= mm mm D 0= mm Df= 8.5 mm A= mm mm 2 Velcidad del ensay:.5 mm/min DEFRMACIÓN CARGA CARGA DEFRMACIÓN ESFUERZ DEFRMACIÓN ESFUERZ TTAL INGENIERIL INGENIERIL REAL REAL (mm) (N) (mm/mm) (Mpa) (mm/mm) (Mpa) e P P e S d S'

83 I c z LU H U a i- (0 LU >- c z LU t / f / / (If C t L. e 'S t E S H) 2 '5 i / E (0 e ni e P >> n / CL m Í0 s IC -i- f III "5 -T III FL i f s í v> j j / / / «t IT) f m E E ì E. á œ ö s c u. tu a t ' t.. t i i i t I i \ i, t N, i i i S rt N I * M m

84 c Z - V) z LU t- ILI Q C UJ >- V) z LU E E I á K 3 Z s c Ik Q

85 V) z LU I- UJ Q I- H «n 2 U/

86 ESPECIMEN N 3 MATERIAL ENSAY: ESTANDAR: ALUMINI DE TENSIÓN ASTM E mm U mm D 0= mm Df= 8.66 mm A= mm mm 2 Velcidad del ensay:.5 mm/min DEFRMACIÓN CARGA CARGA DEFRMACIÓN ESFUERZ DEFRMACIÓN ESFUERZ TTAL INGENIERIL INGENIERIL REAL REAL (mm) (kg) (N) (mm/mm) (Mpa) (mm/mm) (Mpa) e P P e S d S' , ,

87 i IT) V) z UJ t- UJ û I- ( ILI >- z UJ l i J «J / i / l / r t y» f t / 00 y S 'S i Ê S i) à V c í w C9 «r.2 e È "5 i/ c «P (0 s? (QIC «ri S B i "2 / j I4J U i à / I c Pi m E ì E, s K S ce L. UJ. ^ i i «Ö i i! i!! i ; ( \ I ci *> «n ÍM CM

88 z 'S ( z tu H III h-? c LU >- en z lu

89 r> z UJ tñ tu > z UJ s! E.. X ï. s ce IL Ul

90 5.2. Ensays estátics de Cmpresión En ls ensays estátics de cmpresión se btuviern las siguientes bitácras de ls ensays, cnsiderand cada una de ellas ls dats iniciales de la pieza y el material a prbar. En cada bitácra se registr las lecturas de carga cntra defrmación y a partir de ests dats se prcedió a calcular la defrmación ingenieril, el esfuerz real en cada un de las piezas de de cada material, cn ls cuales se realizarn las gráficas de cmprtamient ingenieriles y reales y las amplificadas hasta cadencia.

91 ESPECIMEN N MATERIAL ACER ESTRUCTURAL ENSAY: DE CMPRESIÓN ESTANDAR: ASTM E9 U mm Lr mm D 0= mm Df= mm A s mm mm 2 Velcidad del ensay:.5 mm/min DEFRMACIÓN CARGA CARGA DEFRMACIÓN ESFUERZ DEFRMACIÓN ESFUERZ TTAL INGENIERIL INGENIERIL REAL REAL (mm) ftg) (N) (mm/mm) (Mpa) (mm/mm) (Mpa) e P P e S d S' ,

92 i! i \ \ «T5 t 3 LU CT) 'S UJ «. ^ D z c «H" i? Ê 4) = s m Q J 4} ç E «c 4> a n V É > «IC LU a- 2 0 c "2 z m ó I f> c. S LU Û Ü w Ili >- s Z LU \ \ \ k \ \ V \ V V \ V \ \ r f E E. s tc S S u. UJ s s k i I s \ \ I I i > V V i ID m * CJ (*dw) ZU3ndS3 M t

93 *dw) 0ZH3H JS3

94 l-r- m «tu r. s U Q K Tí w UJ > s z Ul i \ \» s s s V \ s i s \ K i y SJ V \ V \ \ \ l V \» y \ > V s V y V \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \j s s k \ CD a 4) í tr i rr. «> 5í UJ üi M Z E c «fe V 4. F (0 75 'C (0 0 a 4) «>. CB 0 U> -Í0 UJ e 7 III (7 s s \ L. 4 (0 V ra 5 ÍD Í «u 0 V C 0 ) "f (> G i : * vf> P C irt CM CM u í. \l\ I I I lf> CT ** - r -! \ - \ - i 8 u? rx

95 ttpkllimtw MATERIAL ACER ESTRUCTURAL ENSAY: DE CMPRESIN ESTANDAR: ASTM E mm Lr mm D 0= mm Dr mm A» mm" V mm' Velcidad del ensay:.5 mm/min üfcfrmacin ÓAftÓÁ CARGA "ÉSPUÉMÓ ftefóftmactòtt ESFUM TTAL INGENIERIL INGENIERIL REAL REAL (mm) M (N) (mm/mm) (Mpa) (mm/mm) (Mpa) e P P e S d S' 0 0 Ò d.dóóí) 0 ó.óóóó 6 ' t * f Ü fJ UUU /'96 0 U9t>/ M

96 ESPECIMEN N 2 MATERIAL ENSAY: ESTÁNDAR: ACfcK ESTRUCTURAL DE CMPRESIÓN ASTM E mm D 0= mm A= mm' Velcidad del ensay:.5 mm/m n Lr» mm Dr mm AI= mm" DEFRMACIN CARGA CARGA DEFRMACIN ESFUERZ DEFRMACIN ESFUERZ TTAL INGENIERtL INGENIERL REAL REAL mm) *0> (N) (mm/mm) (Mpa) (mm/mm) (Mpa) e P P e S d S' ,

97 I fsi g «r- 0 i ^ r (NJ T

98

99 Q D e r ^ û r > t f > c \ i ' - M Ö

100 ESPECIMEN N 3 MATERIAL ACER ESTRUCTURAL ENSAY: DE CMPRESIÓN ESTANDAR: ASTM 9 U> a mm U mm D 0* mm D,= mm A= mm' Af= mm' Velcidad del ensay:.5 mm/min DEFRMACIÓN CARGA CARGA DEFRMACIÓN ESFUERZ DEFRMACIÓN ESFUERZ TTAL INGENIERIL INGENIERIL REAL REAL (mm) (kg) (N) (mm/mm) (Mpa) (mm/mm) (Mpa) e P P e S d S' C ( U ' U 28 /44 r

101 E s r a m KM MATERIAL LATN l ENSAY: DE CMPRESIÓN ESTANDAR: ASTM E mm Lf= mm D 0= mm Df= mm mm' Ar* mm' Velcidad del ensay:.5 m m/min DEFRMACIN TTAL (mm) e CARGA (kg) P CARGA (N) P DEFRMACIN INGENIERIL (mm/mm) e ESFUERZ INGENIERIL (Mpa) S DEFRMACIN REAL (mm/mm) d ESFUERZ /5 589/5 U.4Ì.04 55? ÚS7lé M REAL (Mpa) S'

102 i r i i [ \ s \ res > *S5 i- UJ «t c -. z s 5 e c «-T5 fe fi. 5 j -8 e E «g. ( e Z & I s à t uj 2 z uj C 2 í UJ tt a S UJ G I- H (0 Ui $ ta z tu : [\ / i / / / / ////// /! / /, j )! J i. E *) E E S. L Ö a CM Ö ce «Z 3 Z s c Li. UJ > \ \ i v S i i - j 7 i > V ID. L... i i J, i T CSI IT)

103

104 z fi LU CL S UJ D H t- (fì m c z UJ ( dw) zaandsa

105 MATERIAL ENSAY: ESTANDAR: LATN DE CMPRESIN ASTM E9 L= 57 í 80 mm D 0= 9.0 mm Ac= mm' Velcidad del ensay:.5 mm/min Lf= mm Dr mm Ac= mm' DEFRMACIN CARGA CARGA DEFRMACIN ESFUERZ DEFRMACIN ESFUERZ TTAL INGENIERIL INGENIERIL REAL REAL (mm) (kg) (N) (mm/mm) (Mpa) (mm/mm) (Mpa) e P P e S d S' S b/4y ' S/4y/ Ò45W 55 J37ié

106 u">

107 ,, I \ i i 2 (ft Iii tt CL S 8 UJ 0) UJ > W z Ul r s \ s \ ai \ N UJ I «S 7S 2 \ : s 2 = : 3 Vi \ E (, i r c. H «5» \ ^ w L. ^ -y \ s \ s \ { \ - L_L_L - E E ì E. á ce 5 z Z K u. UJ a \ \ s. * i j f!,., i iii i i \J

108 - v> ai r fl. s tu? Vi UJ Q > fl 2 UJ ( dw) zygndsg

109 ESPECIMEN N* MATERIAL ALUMINI ENSAY: DE CMPRESIN ESTANDAR: ASTM E9 D 0= mm Lf mm mm Df= mm Acr mm' Ar mm' Velcidad del ensay:.5 mm/min DEFRMACIN TTAL (mra) e CARGA M P CARGA (N) P DEFRMACIN INGENIERIL (mm/mm) e ESFUERZ INGENIERIL (Mpa) S DEFRMACIN REAL (mm/mm) d ESFUERZ REAL (Mpa) , , , S'

110

111 (fi LU IE Qu UJ D ' H H Cfl UJ C z UJ

112

113 ESPECIMEN 2 MATERIAL ENSAY: ESTANDAR: ALUMINI DE CMPRESIN ASTM E9 L= mm Lr» mm D = mm Df* 7.90 mm mm' V mm' Velcidad del ensay:.5 mm/min DEFRMACIÓN CARGA CARGA DEFRMACIN ESFUERZ DEFRMACIÓN ESFUERZ TTAL INGENIERIL INGENIERIL REAL REAL (mra) e (kg) P (N) P (mm/mm) e (Mpa) S (mm/mm) d (Mpa) S'

114

115 s ö (SI c r- ( m í CSI

116 2 w lu CC Q. S UJ Q p Tí W III >- S ì E á c s e u. UJ 2 LU

117 BITACRA DEL ENSAY ESPECIMEN N 3 MATERIAL ALUMINI ENSAY: DE CMPRESIÓN ESTÁNDAR: ASTM E mm mm D 0= 9.00 mm r= mm A>= mm mm 2 Velcidad del ensay:.5 mm/min DEFRMACIÓN CARGA CARGA DEFRMACIÓN ESFUERZ DEFRMACIÓN ESFUERZ TTAL INGENIERIL INGENJER/L REAL REAL (mm) (kg) (N) (mm/mm) (Mpa) (mm/mm) (Mpa) e P P e S d S'

118 I i el w i- LU c 4) Z c È? a H E n C V c V c J F (0 F ó m >s R) U. «2 s LU S; -r m C A w i 00 ( ü CL S ü UJ V) UJ > S z LLI \ \ e =>? «I E. C g í Z J 3 Z ll UJ \ r i \ ij i i i i i, \ t i i i i i. i. i i ' ' I i i 0 ( N f>

119

120 ( DW) ZM3NDS3

121 5.3. Ensays estátic de Crte en ests ensays se realizarn cn ls aditaments de dble sujeción, aplicand carga de centr, ests ensays n esta nrmalizad en metales, per se recmienda su realización a través de las terías explicadas anterirmente. En este ensay el material se cmparta a crte direct y dependerá de ls aditaments para que n exista en las znas selladas tr efect cm puede ser flexión flambe. En este ensay n se registran valres de carga cntra defrmación, pr que el material sól se desliza en las áreas de crte

122 CAPITUL 6 RESULTADS 6..- Resultads de ls ensays de tensión En las siguientes tablas se presentan ls resultads de las características y prpiedades btenidas en el cálcul de valres para cada material apyándse en as gráficas de cmprtamient ingeníenles y reales dentr de Jas pruebas mecánicas btenidas están la resistencia mecánica, la ductilidad, la resiliencia elástica, la tenacidad, tant para el cmprtamient ingenienl cm para el real basadas en ls ensays a tensión en ls materiales de acer, latón y alumini.

123 TABLA DE PRPIEDADES INCENIERILES EN TENSIN MATERIAL: ACER ESTRUCTURAL ESPfcCIMJ-.N N" Unidades 2 3 RESISTENCIA A LA CEDENCIA (S vd ) MPa RESISTENCIA ULTIMA (Su) MPa ELNGACIN ULTIMA ( u ) 0/» mm / mm RESILIENCIA ELASTICA UNITARIA (u p ) N inm /mm' RESILIENCIA ELASTICA TTAL N mm TENACIDAD UNITARIA (l' 0 ) N mm /mm Prm, TENACIDAD TTAL Nm Cn Cn Cn TIP DE FRACTURA cráter cráter cráter TEXTURA Sedsa Sedsa Sedsa ELNGACIN (%) inni / mm REDUCCIN DE AREA (%) mm 2 / mm VELCIDAD ANTES DE CTIDENCIA VELCIDAD DESPUES DE CEDENCIA Desv. Std. SCR i seg TABLA DE PRPIEDADES REALES EN TENSIN MATERIAL: ES Ph LIMEN N 2 3 Desv. ACER ESTRUCTURAL Unidades Prm. Std. RESISTENCIA A LA CEDENCIA REAL (S' VD ) MPa CEFICIENTE DE ENDURECIMIENT ( n ) CEFICIENTE DE RESISTENCIA ( K) MPa 032 ] DEFRMACIN ULTIMA ( u ) mm / mm % ERRR óu VS. n % CARGA ULTIMA TERICA (Pn) KR RESISTENCIA MAXIMA REAL (S' U ) MPa DUCTILIDAD ULTIMA (D' eu ) % DUCTILIDAD ULTIMA (D' íf ) % TENACIDAD VERDADERA ( I"' 0 ) Nm /HUH VELCIDAD REAL ANTES DE CEDENCIA I seg VELCIDAD REAL DESPUES DE CEDENCIA seg L

124 2 U > LU Q c r- vi r Z s c- -r sb vi ci E- r*í c r i UJ T s VI s' J rn s N C/3 tí 2 Q LU s c Q_ xn U M z u tí Z! h- _J LATN fl C m 00 r- n vi r- rl c i rl t r^ r TT s s s 00 t r~ s ri ri r-i r-i , í s c s Vi c s CN r-i J ri Vt fn a- w Z > rl z - w z 3- sq v r- s* TT S 0 0) r-i 3 b. S s t» U r-i u 0> (Z3 u vi V> «- s Q vi m 00 C a i. y. r-v 0á Cu tú Q U H cu Q n CJ 0, Q Z z> E c s E c í- I p CQ i- u z LU s u a s= Z r H i- r N-mm/mm E E i Z w Cncrate U 03 -a 00 re t T3 a> 00 Sedsa C (N s s T ti S > Vi s r; ó 7.76 ri 00 ^ TT s S z z D H LU Q UJ CJ 2 H CJ E- (.n cu E. -J n r H f- ZD 00 z z H z LU LU LU D h- U Q u -j CJ U CJ z 7 U Cj Q c C Li_ W LU z tí. 7 tí LU H ai U u u _ V) _ D z f- C U E- c/) c. c UJ tí. tu z u u Z) Q _J ÜJ A X LU tí. S) 00 u. cu z z UJ LU LU L_ u. Ll. LU LU LU s ai C. f- t c H- i- > CN TT ri c E E E z ü Lu LU Q LU Q

125 z 7- -r ' j y. s> c ' i c q 5 C- y r r r -T r i ic C/3 U2 _) 7- L_ *** _) r- r-i r- -T a- f i r r i -r U tí C/] * * Ü -l z _J r') -ó K -r u hl u Q z _í c- C" r» ~T t-» e> 60.S96.0 ó W SI 'W s Cl. U Q UNIDADES c c. s E E E c z c E E E u S ** J Z u u c 7 H Z u 7. Lu. / ÜJ v. y- e 7 7- X. s / '-J ** s

126 H V) > ( Q Q LU s a I I I J I I I 0.00 C Alumini I I ÍS Alumini Alumini I 0 02 r ö sr Q Q Z => r r CL Q- 5 2 MPa mm/mm mm/mm mm/mm f> E E E e mm/min i- w 5 LU H U 2 MATERIAL RESISTENCIA A LA CEDENCIA REAL (Syp) (RESISTENCIA ULTIMA (Su) H CEFICIENTE DE RESISTENCIA (k) CEFICIENTE DE ENDURECIMIENT (n) DEFRMACIN ULTIMA 6u % ERRR òu Vs n DUCTILIDAD ULTIMA (Déu; DUCTILIDAD DE FRACTURA (Def) TENACIDAD REAL (Tó) VELCIDAD DE DEFRMACIN (e')

127 6-2- Resultads de ls ensays de cmpresión - * siguientes ta blas se a n, s ^ de ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ btenidas en e, cálcul de va)res para cada ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ cmprtamient in g emeriie s y reales ^ ^ ^ ^ ^ ^ cmprtamient t n e «em para ei rea, basa d as en Is en Says a cmpresión e matenales de acer, latón y alumini.

128 ci 2 " r- FN c5 M ' ~t V 3033 t m -Im r-l «ri - Prm. Î -T -I\ YD s - t r Î ' R- M- z w c cu s U Z tü c/] M W z M ü z C/í W a -Í e Û- es Û- y Q C u H E - y. y. i 52 W «D T3 A a C D MATERIAL: ACER ESTRUCTURAL L R- ' c f> '/*) y R-L è s> a > CJ 2: w Q LÜ u z ÜJ H C/} '- LLÍ -t -R R- el n fl i RESISTENCIA ULTIMA ( Su ) N C -t r-i S g s P z RESJLÍENCIA ELASTICA UNITARIA ( u p ) EL X fi r- r- n c -T g Z RESILIENCIA ELASTICA TTAL -+ ' c f- r- 0\ e g C 5 Z TENACIDAD UNITARIA ( T0 ) r-l Ti -T z h- H Q Q U Z UJ f- H -g «/i. í H S 5 S rs EL G 2 LA EL -" TIP DE FRACTURA r»- - - r- P E ELNGACIN (%) EL r REDUCCIN DE AREA í%)

129 z m cr S u z u c/î -) h] í c/5 U Q W M a. S û_ U Q U H S m Î3 Ü.230 r ri -t Ï rj -t ri -r " -r -t c ri r-í m N ri ri ÎC -ir-l -f n r-» ri r-- X CC S r- -t n m CTv -t 00 'n r-l i ri r s \C m s n s r> fi r-- > CN r-i ö r-i 00 ri -t n r>l r- rs CN rs ce m r i ri c ri -t- ' se r-l (N c»0 r- S x> yz n a = e vp W) i a "h Z RESISTENCIA A LA CED ENCIA REAL ( S'VD i 0 H Z UJ UJ tí Q Z UJ u Û UJ H Z UJ G U- UJ Cj U Z m "ïji UJ tí UJ Û 3 z UJ u LL. UJ D ' C 2 H ë z 0 G UH UJ Û a C/D > ci UJ a. u 2 P h- tí u C J UJ S S u z UJ H m S 6J Q H J r> Û Q _J H Z) Q H W Û c iï Û 9 G z LU Í-

130 DESVIACIN ESTANDAR T n C-í M r-i fn S C/) -J Í S z w y z C u z u w C/3 u Q Ö a. a: Cu fcd Q PRMEDI fn - UNIDADES LATN LATN 00 0 L es c « t-" è UU/UIUI -t ri r- c CN fi SC li 5 I r- n N-mm ) X E e r t fnt C-) N n N-mm PANDE PANDE N á u H E ESPECIMEN c 5 RESISTENCIA A LA CEDENCIA RESISTENCIA ULTIMA DEFRMACIN ULTIMA PJìSILENCIA ELASTICA UNITARIA RESILENCIA ELASTICA TTAL TENACIDAD UNITARIA -j f- H U 2 W f- TIP DE FALLA % REDUCCIN DE LNGITUD % AUMENT DE AREA

131 w > 67 LU Q I c rg 5.67 UJ S r Q I I ' Alumini > > N Alumini I m T Alumini C Q MPa MPa MPa mm/mm E E E E z I- (0 c UJ 2 MATERIAL RESISTENCIA A LA CEDENCIA REAL (Syp) RESISTENCIA ULTIMA (Sú) I CEFICIENTE DE RESISTENCIA (k) CEFICIENTE DE ENDURECIMIENT (n) DEFRMACIN ULTIMA 5u % ERRR ÙU Vs n DUCTILIDAD ULTIMA (Déu) TENACIDAD REAL (Tó)

132 6.3.- Resultads de ls ensays de crte En ests resultads se tienen ls dats iniciales y finales en la misma bitácra tabla para cada material, en este cas debid a ia sencillez del ensay n se realizó gráficas de cmprtamient mecánic debid a que n hay una defrmación uniaxial medible.

133 r y H u-i s -J en S r- N 00 r^ f-^i 00 I H 00 W Ci in 00 r C\ s' 00 s ci W ' s LATN rí. fsj ^ M "t f> h* ^ fi Ó ^ ^ s c- ^ - n f) N H c m ci «n c- M t. M. M I \ ci c \ tí r- m u «LATN, ' ir» N, ^. «... r m N h í S T * m M r- M J H W W t-- «/"icm s m s f-j V í r- tí- ^r W«LATN , q/3 tí fi 9 z D E S Z H «cd,cx, 2 s z H E E «S C3 E E C/í tí a B z Z B- E Z 2 S Z E- M «J tí. 2S p H U í H tí c tí u tí tí 3 E H g 5 Ü w M 5 ^ * S 2 Q- C PRUEBA N. MATERIAL DÍAMETR ÁREA CARGA MÁXIMA RESISTENCIA MÁXIMA RESISTENCIA MÁXIMA PRMEDI

134 CAPITUL 7 CNCLUSINES Y RECMENDACINES Cn paulatin avance durante la etapa de experimentación se cmienzan a vislumbrar ls psibles resultads dats que se btendrán cuand se llegue al final de la investigación. Pr supuest sól un final parcial pues, siempre quedará a flr de pie la psibilidad y necesidad de cntinuar el mvimient, el avance, el seguimient imprescindible de la perene inquietud de cncer y cmprender más. En esta casión las diferentes partes del análisis, que para el mtiv de caracterizar el material en el estudi se realizarn, ns fuern invlucrand en el cncimient ya n tan superficial de un metal, que se utiliza en el ámbit industrial. En las tablas de resultads de ls ensays de tensión para ls materiales: acer estructural, latón y alumini que se presentan en las paginas de la 54 a 57 se muestran ls valres de las prpiedades mecánicas btenidas de la experimentación, cncluyend que sus valres están pr encima de ls estándares cnsultads de la ASTM. Para dichs materiales. Pr ejempl la resistencia máxima para el acer estructural es de un 26 % pr encima del mínim estándar, pr tr lad la resistencia a la cedencia el % de elngación y el % de reducción de área, se muestran un 58 %, 53 % y 29 % de increment respectivamente. Estas mejras cnsiderables, a primer vista, pudieran deberse a múltiples cmbinacines de variables durante td ei prcesamient del material, per tales estudis n quedan cnsiderads en el presente análisis, pr tal mtiv sól se cntempla el resultad final del prces.

135 Es muy imprtante un estudi prfund de ls materiales que se utilizan, pues depende directamente de sus prpiedades el cmprtamient que vaya a desarrllar una vez ya instalads aplicads en un diseñ especific. Pr tal mtiv el análisis cm el presentad alguns muchs más prfunds y diligentes, serán necesaris cada vez que un nuev material, que algun ya existente se requiera para nuevs bjetivs. Esta vez ests materiales analizads pueden utilizarse sin crregir riesg algun, per n siempre es así, y mientras más cmplej imprtante sea el papel que juegue cualquier material en una aplicación determinada, mayr será la respnsabilidad que tendrán que afrntar ls investigadres amantes del casi infinit univers de la ciencia e ingeniería de materiales.

136 BIBLIGRAFÍA. Sydney H. Avner. Intrducción a la Metalurgia Física, 2 a Edición, Méxic 98. 2, Gerge E. Dieter, Mechanical Metallurgy, Mac Graw Hill Prcedimients de Pruebas Mecánicas. Estándar de la A.S.T.M., Vlumen 3.0, Edición 994. Designación E-8, A Materials, Ssiety f Autmtive Engieneers Inc. SAE Handbk, Metals Handbk, Prperties and Selectin: Irn, Steels, and High Perfrmance Allys. Vlumen,0a Editin, ASM Internatinal Handbk Cmmittee, Hiller Mats, Materials Research Labratry, Metallgraphic Atlas, Divisin f physical Metallurgy, Ryal Institute f technlgy, Stckhlm Metal Handbk. Metallgraphy and Micrstruccures, Frmerly Ninth Editin. Vlumen 9. Fifth Printing, ASM Handbk Cmmittee 992.

137 LISTAD DE FIGURAS Y GRAFICS CAPITUL 2.- Figura 2. distribución unifrme del esfuerz axial Figura 2.2 diagramas típics esfuerz-defrmación Figura 2.3 znas dentr de la grafica esfuerz-defrmación Figura 2.4 defrmacines plásticas después de descargar el espécimen Figura 2.5 punts de resistencia elástica en gráfica esfuerz- defrmación Figura 2.6 métds para btener el mdul elástic. ] 7.- Figura 2.7 btención de la resiliencia Figura 2.8 prpiedades de la zna plástica Figura 2.9 espécimen antes y después de la fractura Figura 2.0 resumen de prpiedades mecánicas elásticas y plásticas. 8.- Figura 2. gráfics es fuerz-defrmación ingenien para alguns materiales. 9 CAPITUL Figura 3. curva esfuerz-defrmación basada en medicines de diámetr Figura 3.2 curva esfuerz-defrmación basada en medicines de defrmación axial Figura 3.3 (a) espécimen cónic para la determinación de la relación esfuerz-defrmación verdadera figura 3.4 determinación de la curva esfueiz-defrmación pr el métd de las cargas de Mac Gregr. 29

138 CAPITUL Figura 4. material a prueba de crte. 7.- Figura 4.2 (a) gráfica mment trsr cntra esfuerz crtante. 8.- Figura 4.3 (b) btención del par de cedencia. 9.- Figura 4.3 btención de la tenacidad. CAPITUL 5 Bitacras y Gráfics de Tensión. Bitácras y Gráfics de Cmpresión Bitácras de Crte.

139 GLSARI Esfuerz ngenieril: esfuerz cn el área inicial. Defrmación ingenieril: defrmación btenida cn la lngitud inicial. Esfuerz real: esfuerz btenid cn el área real. Defrmación real: defrmación btenida cn la lngitud real. Cedencia: mvimients de átms a través de ls defects de cristal. ffset: desplazamient. Cizalladura: acción de crte jurídic. Rigidez: cnsistencia del material a un esfuerz aplicad.

140 RESUMEN AUTBIGRÁFIC Ing. Jesús Rdlf Benavides rtiz Candidat para e) grad de: Maestr en Ciencias cn Especialidad en Materiales Tesis: Caracterización en Acer, Alumini y Latón Camp de Estudi: Ciencias Exactas Bigrafía: Nacid en Mnterrey N. L. El 3 de Febrer de 95, hij del Sr. Rdlf Benavides Paez y Sra. felia rtiz Sánchez. Educación: Egresad de la facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónma de Nuev León, grad btenid Ingenier Mecánic Administradr el día 5 de Marz de 982, Experiencia Prfesinal: Catedrátic de la F. [. M. E - U. A. N. L. En licenciatura a partir del 5 de Agst de 978 a la fecha Jefe de Academia a partir de

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