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PRUEBAS MECÁNICAS

Enviado por ivan_escalona



  1. Compresión
  2. Dureza Brinell
  3. Dureza Rockwell

PRÁCTICA 1

TENSIÓN

Fundamentos teóricos

Propiedades mecánicas de los materiales

En ingeniería se necesita saber cómo responden los materiales sólidos a fuerzas externas como la tensión, la compresión, la torsión, la flexión o la cizalladura. Los materiales sólidos responden a dichas fuerzas con una deformación elástica (en la que el material vuelve a su tamaño y forma originales cuando se elimina la fuerza externa), una deformación permanente o una fractura.

La tensión es una fuerza que tira; por ejemplo, la fuerza que actúa sobre un cable que sostiene un peso. Bajo tensión, un material suele estirarse, y recupera su longitud original si la fuerza no supera el límite elástico del material . Bajo tensiones mayores, el material no vuelve completamente a su situación original, y cuando la fuerza es aún mayor, se produce la ruptura del material.

La Elasticidad propiedad de un material que le hace recuperar su tamaño y forma original después de ser comprimido o estirado por una fuerza externa. Cuando una fuerza externa actúa sobre un material causa un esfuerzo o tensión en el interior del material que provoca la deformación del mismo. En muchos materiales, entre ellos los metales y los minerales, la deformación es directamente proporcional al esfuerzo. Esta relación se conoce como ley de Hooke, así llamada en honor del físico británico Robert Hooke, que fue el primero en expresarla. No obstante, si la fuerza externa supera un determinado valor, el material puede quedar deformado permanentemente, y la ley de Hooke ya no es válida. El máximo esfuerzo que un material puede soportar antes de quedar permanentemente deformado se denomina límite de elasticidad.

La relación entre el esfuerzo y la deformación, denominada módulo de elasticidad, así como el límite de elasticidad, están determinados por la estructura molecular del material. La distancia entre las moléculas de un material no sometido a esfuerzo depende de un equilibrio entre las fuerzas moleculares de atracción y repulsión. Cuando se aplica una fuerza externa que crea una tensión en el interior del material, las distancias moleculares cambian y el material se deforma. Si las moléculas están firmemente unidas entre sí, la deformación no será muy grande incluso con un esfuerzo elevado. En cambio, si las moléculas están poco unidas, una tensión relativamente pequeña causará una deformación grande. Por debajo del límite de elasticidad, cuando se deja de aplicar la fuerza, las moléculas vuelven a su posición de equilibrio y el material elástico recupera su forma original. Más allá del límite de elasticidad, la fuerza aplicada separa tanto las moléculas que no pueden volver a su posición de partida, y el material queda permanentemente deformado o se rompe.

Fuerza: es toda acción que tiende a producir o produce un cambio en el estado de reposo o movimiento de un cuerpo

Carga: Se le llama así alas fuerzas externas que actúan sobre un material (kgF).

Deformación: Es todo cambio de forma (mm).

Deformación elástica: es el cambio en la forma que sufre un cuerpo bajo carga, el cual se comprime esta última.

Deformación plástica: Es el cambio de forma que sufre un cuerpo bajo carga, el cual no se elimina al suprimir la carga que lo origina, obteniéndose una deformación permanente.

Esfuerzo: Es la relación interna de los materiales cuando son sometidos a cargas. Generalmente se expresa en intensidad de fuerza, es decir la fuerza por unidad de área.

Resistencia de proporcionalidad: Es el fenómeno que presentan los materiales, a ser sometidos a cargas en el que las deformaciones unitarias proporcionales a los esfuerzos que lo producen. (Ley de Hooke).

Zona elástica: Es el área comprendida en un diagrama esfuerzo – deformación unitaria, por el trazo de la curva desde cero hasta el límite de elasticidad y por el valor de la abscisa, o sea la deformación correspondiente al limite elástico.

Zona plástica: Es el área comprendida en un diagrama esfuerzo- deformación unitaria, por el trazo de la curva desde el límite elástico hasta el punto de ruptura y por el tramo de la abscisa comprendida desde el valor del límite elástico y el valor correspondiente al punto de ruptura.

Módulo de Young: Es la constante de proporcionalidad entre la deformación elástica y el esfuerzo uniaxial, y representa la pendiente de la parte recta de la gráfica esfuerzo- Deformación unitaria.

Equipo empleado

Prensa Universal

Marca: Shimadzu ,Modelo: RH-10 ó RH-50

Capacidad Máxima: 10 ó 50 toneladas (dependiendo del modelo)

Material

Barra de Coolroll (colado frío) de 10mm de diámetro y 100mm de longitud.

Extensometro

Desarrollo

Colocamos la barra de Coolroll en la Prensa Universal, la cual se ajusta al tamaño de la misma, así también con dos agujas una (aguja negra) representa la carga máxima y la otra la (aguja roja ) la carga cedencial; obteniendo los siguientes datos.

Los datos obtenidos representan la zona elástica y la zona plástica del material.

CARGA Kg

DEFORMACIÓN mm

200

0.01

400

0.021

600

0.03

800

0.042

1000

0.052

1200

0.07

1400

0.079

1600

0.09

1800

0.1

2000

0.11

2200

0.12

2400

0.13

2600

0.14

2800

0.15

3000

0.16

3200

0.17

3400

0.18

3600

0.19

3800

0.20

4000

0.22

4400

0.30

4600

0.54

4800

 

Tabla de las deformaciones obtenidas con la Prensa Universal

Zona elástica

Zona plástica

Limite elástico

Límite de cedencia

Tensión Máxima 4600 Kg

Punto de ruptura del material

Diagrama Esfuerzo- Deformación

Resultados Obtenidos

Para la obtención del Esfuerzo Máximo tomamos la carga máxima que es aquella en la cuál la pieza aún no se rompe, obteniendo lo siguiente:

Carga Máxima: 4200 Kg

Área de la pieza: 15.70 mm2 donde s = F / A \ s = 4200Kg / 15.70 mm2

s = 267.3803 Kg / mm2

s = E* E donde E = d / Li \ 0.79 mm / 100 mm

E = 7.9 x10-3 mm/mm

Módulo de Young o de elasticidad

E = s / E

E = 89.17 / 7.9 x10-3

E = 11287.34 Kg / mm2

Comentarios

En esta práctica, tenemos la capacidad de encontrar esfuerzos en cualquier etapa por la que pasa el material ya sea el limite de cedencia, o como en este caso el, limite elástico del coolroll.

Conclusiones

Todos los materiales actúan de manera diferente, esto se debe principalmente a sus propiedades mecánicas, en las que se incluye la tensión, entre otras.

Teóricamente podemos decir que en los materiales cuando se les aplica fuerzas externas comúnmente estos cambian su forma, llamada también deformación.

A través de los datos obtenidos en la tabla experimental se observó que este material (Coolroll) sometido a una fuerza de tensión sufre cierto cambios y pasa por una o varias etapas antes de fracturarse o dañar su estructura interna.

Aplicando fuerza o también llamada carga , lo primero que observamos a través de los datos es el límite elástico, seguido del límite de cedencia durante la zona elástica del material (determinada en un diagrama Esfuerzo – Deformación).En la zona plástica del material encontramos la tensión máxima que fue a 4600Kg de fuerza, que es el punto momentos antes de romperse el material. Encontramos un esfuerzo máximo de 267.38 Kg/ mm2 y el Modulo de Elasticidad o de Young fue de 11287.34 Kg / mm2 .

PRÁCTICA 2

COMPRESIÓN

Fundamentos Teóricos

La compresión es una presión que tiende a causar una reducción de volumen. Cuando se somete un material a una fuerza de flexión, cizalladura o torsión, actúan simultáneamente fuerzas de tensión y de compresión. Por ejemplo, cuando se flexiona una varilla, uno de sus lados se estira y el otro se comprime.

La plastodeformación es una deformación permanente gradual causada por una fuerza continuada sobre un material. Los materiales sometidos a altas temperaturas son especialmente vulnerables a esta deformación. La pérdida de presión gradual de las tuercas, la combadura de cables tendidos sobre distancias largas o la deformación de los componentes de máquinas y motores son ejemplos visibles de plastodeformación. En muchos casos, esta deformación lenta cesa porque la fuerza que la produce desaparece a causa de la propia deformación. Cuando la plastodeformación se prolonga durante mucho tiempo, el material acaba rompiéndose.

La fatiga puede definirse como una fractura progresiva. Se produce cuando una pieza mecánica está sometida a un esfuerzo repetido o cíclico, por ejemplo una vibración. Aunque el esfuerzo máximo nunca supere el límite elástico, el material puede romperse incluso después de poco tiempo. En algunos metales, como las aleaciones de titanio, puede evitarse la fatiga manteniendo la fuerza cíclica por debajo de un nivel determinado. En la fatiga no se observa ninguna deformación aparente, pero se desarrollan pequeñas grietas localizadas que se propagan por el material hasta que la superficie eficaz que queda no puede aguantar el esfuerzo máximo de la fuerza cíclica. El conocimiento del esfuerzo de tensión, los límites elásticos y la resistencia de los materiales a la plastodeformación y la fatiga son extremadamente importantes en ingeniería.

Equipo empleado

Prensa universal

Marca: Shimatsu

Modelo: RH-10 o RH-50

Capacidad Maxima: 10 – 50 ton (según el modelo)

Material

Madera de aprox. Altura = 102.3 mm

Lado 1 = 20 mm

Lado 2 = 19.8 mm

Desarrollo

Colocamos la madera en la prensa universal, la cual presionaba la madera aplicando una carga a la misma de fuerzas externas.

La carga máxima se determino cuando el material comienza a presentar alguna fractura y esta fue cuando la madera alcanzo una carga maxima de 1880 kg.

La altura de la madera que inicialmente es de 102.3 mm se determina su compresión en el momento en que esta cambia; considerando en todo momento que el volumen antes y después de la compresión siempre es el mismo.

Gráfica Esfuerzo- Deformación

s Esfuerzo

Limite Elástico

Punto de ruptura

Comportamiento elástico

 Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" 

 Deformación

Resultados Obtenidos

Para determinar la compresión que se llevo a cabo sobre la madera determinamos primeramente el Esfuerzo Máxima a través de lo siguiente:

Carga Máxima: 1880 Kg

Área de la pieza: 396 mm2

donde

h1 = 102.3 mm

h2 = 99.9 mm, por tanto:

V1 = V2 = A1 h1 =A2h2, arreglando para A2 tenemos:

A2 = (A1h1)/h2

s = P / A2 = (P/A1)(h2/h1) \ s = (1880Kg / 396 mm2 )(102.3mm/99.9mm)

s = 4.8615 Kg / mm2

s = F/A L/Li , = (Li-Lf)/Li

(102.3/99.9)/102.3 = 0.0234 mm / mm

s = Earreglando para E, tenemos:

E = s /= 11,287.34 kg/mm2 / 0.0234 mm/mm

E = 481,122.86 kg/mm2

Comentarios

Antes de someter el material a compresión es conveniente medir el material en este caso la madera, pero cuándo se somete el material a la compresión se toma en cuenta preferentemente al volumen siendo este el área por su altura. Ahora contando con una nueva altura este proceso ya no es aceptable.

Conclusiones

Las propiedades mecánicas de los materiales como en el caso de la compresión se determinan por la forma en como se comporta esté, mientras que en la tensión el material aumenta su longitud, en la compresión pasa lo contrario, no significando esto que el volumen disminuya, más bien el volumen siempre se mantiene constante, cambiando únicamente las alturas, dimensiones o forma del material. Cuando se aplica en la madera una fuerza o carga determinada esta presenta en un zona especifica un punto de ruptura ; significando que en esta zona el material es más frágil, obteniendo así la carga máxima que el mismo puede soportar, determinando el esfuerzo que produjo la madera, así mismo encontrando el Modulo de Elasticidad o de Young al que se somete el material.

PRÁCTICA 3

DUREZA BRINELL

Fundamentos teóricos

Definimos a la dureza como la resistencia de los materiales a ser penetrados, a absorber energía o a ser cortados.

La clasificación de los métodos de dureza de acuerdo al procedimiento empleado para su realización se divide entres importantes grupos:

Los que miden la resistencia que oponen los cuerpos a la penetración o indentación.

Los que miden la resistencia elástica o al rebote.

Los que miden la resistencia que oponen los cuerpos al corte o la abración.

El método por penetración esta basado en la aplicación de una carga estática sobre la superficie de un material para provocarle una deformación permanente conocida como indentación o huella, la cual presenta una profundidad que está en relación inversa al número de dureza del material ensayado.

El método de dureza por rebote o elástico, consiste en dejar caer una herramienta con carga y altura definida sobre la superficie del material a ensayar, de tal forma que al chocar con dicha superficie se provoque un rebote de la herramienta, cuya altura está directamente relacionada con la dureza elástica del material.

El método que mide la resisitencia que oponen los cuerpos a la abración o al corte, consiste en efectuar una ranura con una herramienta de corte o abrasiva al material a ensayar. Dependiendo del tipo demarca presentada, se determinará la dureza del material, es decir, si la ranura se presenta en forma profunda u opaca.

La Dureza Brinell se basa en la aplicación de una carga fija mediante un penetrador esferito que se abre pasa sobre la superficie lisa de la muestra. Una vez que se quitra la carga, se determina el área de la penetración, lo cual indica la resistencia a la carga. Las cargas son aplicadas por sistemas hidráulicas hasta 3000 Kg; los penetradores generalmente están constituidos de acero endurecido o de carburo de turgsteno aproximadamente de 10mm de diámetro.

Para determinar la dureza Brinell

se obtiene:

BHN = P/A = P/[ πD/2(D-(D2-d2)1/2)] kg / mm2

Donde:

P = carga que actúa sobre la probeta = 500 kg

D = diámetro del penetrador = 10 mm

d = diámetro de la impresión sobre la probeta = 2.4 mm

t = profundidad de la impresión

Donde t:

t = P / D(BHN)

La prueba de dureza Brinell produce una impression de considerables dimensiones en la superficie de la probeta o pieza probada

Equipo

Máquina de Dureza Brinell con el método de aplicación de la carga de funcionamiento neumático.

Penetrador de bola de 10mm, de material Carbolor.

Desarrollo

Colocamos la pieza sobre la máquina de Dureza Brinell.

Colocamos el penetrador de acuerdo al material (ya sea de bola o de Diamanteo cono).

El material es blando, por tanto aplicamos una carga de 500 Kg y el periodo de aplicación de la carga fue de 60 a 120 segundos.

Medimos el espesor de la impresión que dejo el penetrador sobre el material con un microscopio graduado en milímetros.

Anotamos las medidas obtenidas.

Resultados Obtenidos

Para determinar la dureza Brinell es necesario conocer el numero de dureza de la misma, donde su abreviatura es "BHN", el cociente de la carga "P" dividido entre el área de la impresión "A".

Por tanto se obtiene:

BHN = P/A = P/[ πD/2(D-(D2-d2)1/2)] kg / mm2

Donde:

P = carga que actúa sobre la probeta = 500 kg

D = diámetro del penetrador = 10 mm

d = diámetro de la impresión sobre la probeta = 2.4 mm

t = profundidad de la impresión

BHN = P/A = 500kg/[ π10mm/2(10mm-(10mm2-2.4mm2)1/2)] kg / mm2

BHN = 109.7617 kg / mm2

t = P / D(BHN)

t = 500kg / (10mm)(109.76)

t = 0.1450 mm

à El espesor mínimo de la probeta debe ser e = 10t, por tanto,

e = 10(.1450),

e = 1.45 mm

Obtención de Dureza Shore

En está práctica obtuvimos la duraza Shore a través de aparatos especiales para esta (micrometro) presentando los siguientes datos:

Shore A = para hule 64.5 Kg

Shore D = para plástico 76 Kg

Comentarios

En esta misma práctica mediante la utilización de durometros con pequeños penetradores especiales pudimos determinar microdurezas para materiales que no son precisamente aleaciones o metales, entrando aquí en las dureza Shore, clasificandolas para el Hule como Shore A y para el plástico Shore D.

Conclusiones

Como bien sabemos la dureza es la resistencia que presentan los materiales para ser penetrados, considerando que esta es una propiedad de los materiales, la cuál le permite al material ser seleccionado para su uso en la industria principalmente.

La dureza Brinell es un método el cual nos permite determinar la dureza de un material. Utilizando en esta práctica un material blando aplicando aproximadamente una carga 500 Kg, utilizando un penetrado de bola de 0.10 mm; presionando sobre este el material en un tiempo aproximado de 60 a120 segundos.

La dureza Brinell fue de 109.76 Kg / mm2 y la profundidad de penetración fue de 0.1450mm, relativamente muy pequeña; por tanto el material es considerando como uno muy duro, y el espesor de la pieza, se considera como 10 veces la profundidad de la penetración.

PRÁCTICA 4

DUREZA ROCKWELL

Fundamentos Teóricos

Los ensayos de dureza Rockwell, dependen de la medición de la profundidad de la indentación permanente, producida por la aplicación de una carga gradualmente aplicada sobre la superficie del material de pueba. Se usan varias combinaciones de penetradores y carga, para adaptar las distintas puebas de dureza Rockwell a los materiales de diversas durezas y espesor. Entre los penetradores se incluyen diamantes de forma cónica conocidos como Brale y esferas de acero endurecido cuyos diámetros varían de 1.58 mm a 12.7 mm.

El diámetro cónico tiene un ángulo de abertura de 120° y radio de 0.2 mm en la punta. El penetrador de diamante permite probar fácilmente los aceros más duro y los de esfera grande permite probar materiales blandos e incluso plásticos.

En general, se considera que las pruebas de dureza Rockwell no son destructivas ya que las cargas ligeras y los pequeños penetradores producen impresiones diminutas; sin embargo, a causa de la pequeñez de las impresiones, deben tomarse varias lecturas para obtener un resultado representativo.

Equipo

Durometro deRockwell

Penetrador de esfera

Probeta (material que es una aleación).

Desarrollo

Colocamos la probeta sobre el Durometro de Rockwell directamente.

Ajustamos las agujas del Durometro.

Colocamos el penetrador.

Aplicamos fuerza sobre la probeta(penetrador sobre ella).

Observamos lectura de la carátula del durometro

Retiramos probeta de Durometro.

Resultados obtenidos

De los datos obtenidos de la carátula del durometro Rockwell determinamos el espesor de la pieza. Partimos de la relación siguiente:

RB= 130 – (t / 0.002mm), arreglando para "t" tenemos:

-t = (RB-130)(0.002mm)

-t = (72.5 –130)(0.002mm)

-t= -0.115 mm

t= 0.115 mm

RC= 100 – (t / 0.002mm), arreglando para "t" tenemos:

-t = (RC-100)(0.002mm)

-t = (61 –100)(0.002mm)

-t= -0.078 mm

t= 0.078 mm

Comentarios

Durante la práctica, solo se tomo esta dureza directamente de los datos obtenidos de la carátula.

Conclusiones

Siendo la dureza Rockwell, otro método para determinar la dureza o la resistencia de un material a ser penetrado, se pude decir que este varia de acuerdo a los tipos de penetradores que se coloquen; clasificandolos así en Rockwell C y B. Obteniendo el valor de la dureza directamente de la pantalla del Durometro Rockwell, variando así directamente del tipo de material que utilicemos.También podemos encontrar la profundidad de la penetración con los valores obtenidos del Durometro.

Así podemos concluír que de acuerdo a los materiales y cargas utilizads las durezas varián entre uno y otro método. Ya se; Rockwell o Brinell.

Al comenzar a leer Mi Primera Torre de Babel no conocía, ni entendía realmente lo que el escritor trataba de decir, creo que cada palabra, y la relación que tienen entre ellas son cuidas para dar sentido adecuado a la lectura.

Es difícil pensar que una persona que conoces y aún más si te da clases en un lugar donde a veces se te sientes sin vida, y solo actúas por reflejos y por ordenes recibidas, ¿Quién sabe de quién?; pueda esta persona cambiar tus perspectivas de la vida identificándote en sus poesías y envolverte entre tantas palabras, causando en ti volar y caer al mismo tiempo, imaginando aquél gran limón, desde su olor, hasta su textura; tal vez sea tufo o tal vez sean mis sentidos.

Concordar en aquella caja que idiotiza y al mismo tiempo ser parte de ella. Cayendo en ironías que da la vida y pensar si realmente la mía y lo que hago realmente me hace feliz.

Si yo tan solo pudiese escribir en estas líneas lo que Babel ha dejado en mí.

Cuando termine de leer el libro me di cuenta porque el autor había nombrado así a su obra y después de mucho pensar creí haber comprendido la verdad. Cuando Babel hace mucho tiempo fue una gran ciudad de Mediterráneo fuerte y extrañamente construido comprendí que éste libro tiende a mezclas como Ud. Lo dijo Crónicas, poesías y relatos que es la estructura que se le quiso dar tan sólo por sentirlo así. Ahora mi primera torre de Babel a pasado del título de un libro a libro que e leído incitando en a mi escritura a plasmar mis sentimientos en papel y tal vez algún día alguien se identifique con ellos.

Felicidades, es un placer conocerlo

 

 

Iván Escalona


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