INFORME DE LABORATORIO DE CIENCIAS DE MATERIALES

Nombre: Aneyra Violeta Santos Pazmio

Curso y nmero de seccin: Ciencias de Materiales, Paralelo #107

Jueves 11:30-13:30

Nmero y ttulo de experimento: Experimento N2, Determinacin de la resistencia

mecnica a la traccin de los materiales.

Profesor: Grace Vera P.

Fecha de experimento: Junio 16, 2015

Fecha de presentacin: Junio 30, 2015

RESUMEN

Esta prctica consisti en analizar el comportamiento mecnico de los materiales as

como tambin determinar sus propiedades mecnicas utilizando las mquinas de

ensayos universales, que se encontraban en el Laboratorio de Ensayos Metrolgicos y

de Materiales (LEMAT), las cuales funcionan con un software llamado Trapezium

donde se indican las velocidades a las que se realizaron los ensayos y las longitudes

calibradas inicialmente de cada probeta utilizada para dar inicio a la prctica; con la

ayuda del software se obtuvieron las grficas del Esfuerzo () [N mm2 ] vs

Deformacin () [mm] con sus respectivas unidades para cada ensayo.

En este experimento se realizaron dos ensayos a temperatura ambiente (25C)

usando una fuerza de traccin para cada uno, el primero se ejecut con una varilla de

acero corrugado inicialmente calibrada a 200mm, mientras que para el segundo se

utilizaron dos probetas de poliestireno de alto impacto (HIPS) de 50mm de longitud

inicial a diferentes velocidades.

Para el primer ensayo se utiliz la mquina de ensayo universal 600KN a una

velocidad de 8.5 MP s y se procedi a trabajar segn la norma INEN 109, en el cual la

varilla de acero corrugado fue sometida a fuerzas en cada extremo hasta romperse,

llegando a una longitud final de 240mm al juntar los dos pedazos rotos. En tanto que

para el segundo ensayo se utiliz la mquina de ensayo universal 10KN trabajando

segn la norma ASTM D638. A la primera probeta se la ensay a una velocidad de

50 mm min y a la segunda a una velocidad de 500mm

min ; sometidas, al igual que en

el primer ensayo, por fuerzas en sus extremos hasta su ruptura.

Los resultados de las grficas obtenidas mostraron el comportamiento que se

esperaba para cada material utilizado; para el metal se esperaba un comportamiento

lineal hasta su punto de plasticidad, en tanto que para el poliestireno se esperaba una

curva hasta su punto de rotura.

Adems, analizando las grficas obtenidas en el segundo ensayo, se comprob que si

se aumenta la velocidad con la que es ensayada la probeta sta va a romperse ms

rpido y va a tener una elongacin menor a la de la probeta ensayada a menor

velocidad, debido a que los tomos no tienen el tiempo suficiente para volver a su

estado de equilibrio nuevamente.

ENFOQUE EXPERIMENTAL

Primero se ensay la varilla de acero corrugado a una velocidad de 8.5 MP s en la

Mquina de Ensayo Universal de 600KN (Figura 1, Tabla 1) calibrada segn la norma

INEN 109, para esto se calibr inicialmente la varilla con una longitud de 200 mm

como se muestra en la Figura 2. Despus de un tiempo considerable se observ el

punto donde su rea se reduca antes de romperse, y al romperse la probeta se

produjo un sonido muy fuerte quedando caliente donde se produjo la rotura. Al final del

ensayo se juntaron los trozos de la varilla y se midi la longitud final a la que lleg con

el ensayo siendo esta de 240mm.

Figura 1: Mquina de Ensayo Universal .

Tabla 1: Datos Mquina de Ensayo Universal 600 KN.

EQUIPO Mquina de Ensayo Universal 600 KN

MODELO UH-600KNI

SERIE 10313751

CDIGO EM-009-00

MARCA Shimadzu

Figura 2: Calibracin de longitud inicial del material para el Ensayo #1.

Para el segundo ensayo, inicialmente se utiliz una de las probetas de poliestireno de

alto impacto de 50mm en la Mquina de Ensayo Universal 10KN (Figura 3, Tabla 2)

calibrada segn la norma ASTM D638. La probeta fue estirada lentamente, a una

velocidad de 50 mm min , dejando apreciar el gran estiramiento que tuvo antes de

romperse.

Finalmente se utiliz la segunda probeta de HIPS a una velocidad mucho mayor que la

primera (500 mm min ) en la misma mquina de ensayo universal; la cual tard menos

tiempo en romperse y su estiramiento fue menor al de la primera probeta.

Figura 3: Mquina de Ensayo Universal .

Tabla 2: Datos Mquina de Ensayo Universal .

EQUIPO Mquina de Ensayo Universal 10KN

MODELO AG-IS 10 KN

SERIE 346-51961-01

CDIGO EM-010-00

MARCA Shimadzu

Para cada una de las muestras se registr una grfica vs distinta ya que los

materiales no se comportan de la misma manera ante un estmulo externo, en este

caso el esfuerzo mecnico.

ANLISIS DE RESULTADOS

Al ensayar la varilla de acero corrugado se obtuvo la grfica de la Figura 4. Analizando

esta grfica se puede ver que alcanza su punto mximo en (48,510) siendo, de esta

manera, su esfuerzo mximo de 510 N mm2 . Adems se puede notar que su esfuerzo

de proporcionalidad fue de 150 N mm2 , tambin present un esfuerzo de fluencia

inferior de 350 N mm2 y un esfuerzo de fluencia superior de 359N

mm2 , as como

tambin un esfuerzo de ruptura de 390 N mm2 . La regin elstica para este ensayo se

dio entre 0 mm y 9 mm, mientras que su zona plstica se dio de 9 mm a 58.5 mm, punto

donde se dio la ruptura del material.

En el momento en que se dio la ruptura del material ensayado, ste produjo un sonido

muy fuerte semejante al de un estallido; tambin se pudo percibir una temperatura

muy elevada en la zona donde se rompi la varilla. Esto se debi a que hubo un

aumento de energa en la regin donde se rompi y una parte se transform en calor

mientras que la otra se transform en sonido.

Figura 4: Grfica de la varilla de acero corrugado.

El ensayo de la probeta de poliestireno de alto impacto a una velocidad de

500 mm min present la curva en color verde, mientras que el ensayo a una velocidad

menor (50 mm min ) present la curva en color morado; tal y como se muestra en la

Figura 5. Los valores de los esfuerzos y las deformaciones obtenidos a partir de stas

son aproximaciones debido a la escala del grfico.

Con la ayuda estas grficas se pudo observar que el ensayo a mayor velocidad tuvo

su punto mximo en (2.9,20), siendo 20 N mm2 el esfuerzo de fluencia alcanzado para

esta probeta; en tanto que para el ensayo a menor velocidad se observ su punto

mximo ms abajo, en el punto (1.5,17), siendo 17 N mm2 su esfuerzo de fluencia. Los

esfuerzo de ruptura tanto para la curva en verde como para la curva en morado fueron

de aproximadamente 19 N mm2 y 18N

mm2 respectivamente.

Ambas curvas presentan una zona elstica donde su comportamiento es lineal y

donde el material puede regresar a su forma original; as como tambin una zona

plstica donde la curva se vuelve no lineal y el material no puede regresar a su forma

original. La zona elstica de la curva en verde se presenta de 0 mm a 2.9 mm, adems

su zona plstica se encuentra entre 2.9 mm y 46 mm; mientras que la curva morada

tiene su zona elstica entre 0 mm y 1.5mm y su zona plstica entre 1.5 mm y 54 mm.

Observndose de esta manera que el material que se ensay a menor velocidad tuvo

una mayor deformacin y demor ms tiempo en romperse que el que se ensay a

mayor velocidad.

Este comportamiento se debe al tiempo que se necesita para que los tomos regresen

a su posicin de equilibrio despus de ser separados; ya que en la curva verde

tuvieron ms tiempo este material pudo soportar una fuerza mayor al del material de la

curva morada.

Figura 5: Grficas de las probetas de poliestireno.

CONCLUSIONES

A travs del ensayo de traccin y utilizando las mquinas de ensayos universales se

logr determinar experimentalmente el esfuerzo mximo y el esfuerzo de ruptura los

materiales ensayados, siendo stos 20 N mm2 y 390N

mm2 respectivamente para la

varilla de acero corrugado; para las probetas de poliestireno de alto impacto se obtuvo

un esfuerzo de fluencia de 20 N mm2 y un esfuerzo de ruptura de 19N

mm2 para el

ensayo a 500 mm min , mientras que para el ensayo a 50 mm

min se obtuvo un

esfuerzo de fluencia de 17 N mm2 y un esfuerzo de ruptura de 18N

mm2 .

Comparando las grficas vs para las probetas de poliestireno de alto impacto

utilizadas se pudo comprobar que mientras mayor es la velocidad con la que se estira

la probeta menor va a ser su elongacin y el tiempo en que ocurre su ruptura, esto se

debe al tiempo de relajacin molecular donde las molculas no tienen mucho tiempo

para reubicarse por lo que se rompe ms rpido.

Al finalizar los ensayos se pudo observar que fue ms fcil medir la longitud final de la

varilla de acero corrugado debido a que su estriccin no se expandi a medida que

aumentaba el esfuerzo rompindose aproximadamente en el centro de la varilla.

BIBLIOGRAFA

Benavente, R. (2011). ictp.csic. Obtenido de

http://www2.ictp.csic.es/qf/ppcontrol/bibliografia/D21-Propiedadesmecanicas-

RBenavente.pdf

Fonseca, I. B. (2002). Variacin del mdulo de Young en el acero C45E (norma EN

10083) tratado trmicamente. Revista de Metalurgia.

Gonzlez, M. (06 de Diciembre de 2012). fisica.laguia2000. Obtenido de

http://fisica.laguia2000.com/dinamica-clasica/fuerzas/tenacidad

INEN. (2009). Ensayo de traccin para meteriales metlicos a temperatura ambiente.

Quito: Instituto Ecuatoriano de Normalizacin. Obtenido de ftp://law.resource.org

Martnez, R. D., Neira, J. A., Mosquera Marn, A. F., & Alejandro, O. G. (2009). Ensayo

de Traccin de Materiales.

Nez, C., Roca, A., & Jorba, J. (2011). Comportamiento Mecnico de los Materiales.

Barcelona: PUBLICACIONS I EDICIONS DE LA UNIVERSITAT DE BARCELONA.

Obtenido de http://www.publicacions.ub.edu/refs/indices/07452.pdf

R. Askeland, D. (1998). Ciencia e Ingeniera de los Materiales (3era Edicin). Rolla:

International Thomson Editores.

Roco Hermida, L. (s.f.). Mdulo de elasticidad.

Rodrguez Galbarro, H. (21 de Junio de 2015). ingemecnica. Obtenido de

http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn100.html#seccion7

Universidad de Oviedo. (30 de Agosto de 2014). Obtenido de uniovi:

http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/TEMAII.2.7.PROPIEDADESMECANICAS.pdf

UVa. (s.f.). alojamientos.uva. Obtenido de

https://alojamientos.uva.es/guia_docente/uploads/2011/452/42367/1/Documento5.pdf

v-espino. (s.f.). Obtenido de http://www.v-

espino.com/~tecnologia/tecnoII/1materiales/ENSAYO%20DE%20TRACCI%D3N.pdf

ADJUNTOS

Ejercicio post-laboratorio:

a) Se desea fabricar una cinta mtrica que deber soportar una fuerza de

50N para procesos de medicin y calibracin. Cul de los materiales

ensayados Ud. seleccionara para fabricar dicha cinta?, y por qu?

Yo escogera el material con la curva color rojo debido a que este material a 50N tiene

una menor deformacin que el material con curva color negra lo que no generara

tanta incertidumbre al momento de tomar medidas y stas seran ms precisas. La

curva de color azul representa un caucho y al momento de estirarlo no regresara a su

posicin inicial dando una incertidumbre mayor con cada medicin.

Cuestionario

1. Vara el mdulo tensil?

El mdulo de elasticidad vara dependiendo de la temperatura, la direccin

cristalogrfica y el tratamiento trmico del material ensayado.

El mdulo tensil decrece al incrementarse la temperatura.

Los mdulos elsticos no son isotrpicos dentro de los materiales debido a la

relacin entre el mdulo elstico y la energa de enlace.

El mdulo elstico vara, en menor medida, con el tratamiento trmico aplicado

en porcentajes que oscilan entre un 1 a 6% respecto de los valores originales.

(Roco Hermida) (Fonseca, 2002)

2. Vara o no el esfuerzo mximo y por qu?

El comportamiento mecnico de los polmeros vara dependiendo de algunos factores

estructurales como:

Influencia del peso molecular

Influencia de la cristalinidad

Efecto de los plastificantes

Efecto de la copolimerizacin y de las mezclas

Efecto de la orientacin

(Benavente, 2011)

Para los materiales metlicos el comportamiento depende de factores como:

Naturaleza del material

Presencia de impurezas

Estado de tratamiento trmico

(UVa)

3. Vara la tenacidad y por qu?

La tenacidad es una medida de la cantidad de energa por unidad de volumen que un

material puede absorber antes de fracturarse (Nez, Roca, & Jorba, 2011), es decir,

la resistencia que tiene un material a la fractura; puede calcularse a travs del rea

bajo la curva de un grfico de tensin-deformacin de un material, por lo que vara de

un material a otro.

(Gonzlez, 2012)

4. Dnde ocurre la estriccin? Cul es la diferencia con la estriccin que

ocurre en un metal?

Se conoce como perodo de estriccin al que se inicia cuando, una vez que se supera

el lmite de fluencia, se produce una reduccin gradual de la seccin en la zona donde

ocurrir la rotura, una deformacin permanente, hasta que se produce definitivamente

el fallo. La estriccin es la responsable del tramo de bajada en la curva tensin-

deformacin, y hace que se llegue a la rotura cuando la carga es inferior a la carga

mxima aplicada, diferencia que se acrecienta con la tenacidad del material.

(Rodrguez Galbarro, 2015)

Ocurre en la mitad de los materiales cristalinos, aunque depende de la composicin y

los tratamientos del material a ensayar. En un metal sta no se expande a medida que

aumenta el esfuerzo, se queda en un mismo punto y luego se rompe al llegar el

esfuerzo mximo.

(Universidad de Oviedo, 2014)

5. Por qu una parte de la probeta tiene una seccin reducida?

Las probetas para los ensayos de traccin pueden ser: industriales o calibradas. Las

calibradas se emplean en experiencias ms rigurosas y adoptan formas perfectamente

cilndricas o prismticas, con extremos ensanchados, no solo para facilitar su sujecin

en la mquina de ensayo, sino para asegurar la rotura dentro del largo calibrado de

menor seccin; en el cual se marcan los puntos fijos de referencia a una distancia

inicial preestablecida que permitir, despus dela fractura, juntando los trozos,

determinar la longitud final entre ellos.

(v-espino)