ENSAYO DE FATIGA, IMPACTO, TENSION ACERO
ENSAYO DE FATIGA: Resumen — En este informe se pretendió describir y mostrar
los resultados de una prueba realizada a un material denominada fatiga, en este
caso se utilizó un acero 1020, en base a esto se obtuvo una serie de datos con
los cuales se realizaron unos procedimientos para determinar que tanta
resistencia tiene el material, además al finalizar el ensayo se pudo determinar
el tipo de fractura presente en la estructura del material. Abstract —- This
report is intended to describe and show the results of a test called a material
fatigue, in this case 1020 steel was used, based on this we obtained a series
of data with which procedures were performed to determine how much resistance
has the material, and after the trial could determine the type of fracture present
in the structure of the material. Palabras Claves: Acero, Fatiga, Resistencia, Fractura
cementadas o nitruradas y, también, cuando han sido
sometidas a un trabajo en frío de la superficie que endurece la zona
periférica. La fatiga es una forma de rotura que ocurre en estructuras
sometidas a tensionesdinámicas y fluctuantes. Su principal peligro es que puede
ocurrir a una tensión menor que la resistencia a tracción o el límite
elástico para una carga estática, y aparecer sin previo aviso, causando roturas
catastróficas. Es un fenómeno muy importante, ya que
es la primera causa de rotura de los materiales metálicos, aunque también está
presente en polímeros y en cerámicas. La fractura por fatiga tiene aspecto
frágil aún en metales dúctiles, puesto que no hay apenas deformación plástica
asociada a la rotura. El proceso consiste en un inicio
y posterior propagación de fisuras, que crecen desde un tamaño inicial
microscópico hasta un tamaño macroscópico capaz de comprometer la integridad
estructural del
material. La
I.
INTRODUCCIÓN
Desde el año 1850, se ha reconocido que un metal
sometido a esfuerzos repetidos o fluctuaciones fallará a un esfuerzo mucho más
bajo que el necesario para producir la fractura en una sola aplicación de
carga. Este tipo de fallas ocurridas bajo condiciones dinámicas y durante largos períodos de servicio se conocieron con el
nombre de fallas por fatiga. Posteriormente se ha ido desarrollando con gran
intensidad el estudio del mecanismo de fractura por fatiga y en la actualidad
se ha llegado a afirmar que el 90% de todas las fracturas en servicios se deben
al mecanismo de fatiga. Es importante considerar que las entallas en las piezas
reducen notablemente la resistencia
a la fatiga en a ceros, pudiendo llegar a veces a reducirse la resistencia delacero. Las fundiciones, en
cambio no son sensibles al efecto del entalle. Las roturas por
fatiga se acentúan cuando las piezas están descarburadas superficialmente y
suelen, en cambio, disminuir las roturas cuando las piezas de aceros están
superficie de fractura es perpendicular a la dirección del esfuerzo. II.
MATERIALES Y PROCESOS
M (kg*mm/s^2*mm)
18200000
Para la prueba de fatiga se utilizó una probeta de acero 1020 con las
siguientes medidas 52 mm de largo y 12 mm de diámetro en su parte más angosta.
Para la prueba de fatiga se utilizo una maquina especial para dicha prueba a la
cual se le ejerció una fuerza perpendicular al eje transversal de la probeta
equivalente a 700 N y hizo girar a una velocidad de 60 revoluciones por segundo
para llevar al material a un punto de falla mecánica. Después de esto se
observó la probeta para observar y determinar el tipo de fractura del
material.
W/2 W/2 W/2 W/2
52
Distancia (mm
Grafica 2. La grafica 2 muestra el momento máximo flexionante que se obtiene al
multiplicar el peso por la distancia y este valor es
52mm constante en la sección reducida de la probeta
W=700000kg*mm/s^2
III.
ANALISIS DE RESULTADOS
Figura 1. La figura 1 V (kg*mm/s^2) muestra el diagrama de fuerzas
cortantes que actúan sobre la probeta montada en la maquina
Las normas bajo las cuales se pueden realizar los ensayos de fatiga son: ï‚·
ï‚· ï‚· ï‚· ASTM A370 ASTM E 466-E UNE 7117:1958 UNE 7118:1958
350000
Los calculos realizados paraeste ensayo fueron
52 Distancia (mm)
Y
-350000
Grafica 1. La grafica muestra la fuerza cortante en cada parte del sistema
TABLA DE RESULTADOS Material Acero SEA 1020 Esfuerzo ultimo 107 282,22 psi
DATOS INICIALES Puntos a analizar 1 Carga (NW) 700 D (mm) 12 Long (mm) 52
Número de ciclos 1300 rps
Tensión Cíclica
Diagramas
Ejemplo de onda senoidal. La tensión puede ser axial, de flexión o torsional.
En general, son posibles tres modos distintos de tensión fluctuante en el
tiempo: 1. Representado esquemáticamente por una onda senoidal del
tiempo, en la que la amplitud es simétrica y varía de un valor máximo a un
mínimo igual a la tensión aplicada. Se denomina ciclo de
carga invertida. 2. Denominado ciclo de carga repetida, los máximos y
mínimos son asimétricos con respecto al nivel cero de carga. 3. Aleatorio: el
nivel de tensión puede variar al azar en amplitud y frecuencia.
ï‚· ï‚· ï‚·
La fatiga es un fenómeno interesante, porque el
esfuerzo aplicado puede no rebasar el esfuerzo de cedencia. La fractura
presente en un acero 1020 en el ensayo de fatiga es
frágil Un ensayo más ideal sería que las fluctuaciones fueran cambiando de peso
así los resultados serían más reales.
REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFIA: https://revistabme.eia.edu.co/Documentos/G
u%C3%ADa_Principiantes.pdf R.E. Smallman and R.J. Bishop. Modern
Physical Metallurgy & Materials Engineering (Butterworth Heinemann, 2002).
informacionindustrial.com/index.php Askeland Donald R., La
Ciencia eIngeniería de los Materiales, Grupo Editorial Iberoamérica.
https://redalyc.uaemex.mx/pdf/707/7071111 0.pdf
Y por último el tipo de fractura que obtuvo el material fue frágil debido a que
este no tuvo mayor deformación plástica con poca absorción de energía en el
proceso de ruptura, de por si el cuello que ser forma es muy mínimo, además de
esto en la parte donde se dio la fractura la forma es muy regular muy
proporcional en todo su grosor, y se muestra las partes en que se dio el
proceso de fatiga en el material. FIGURA 2. Formas de
fractura: dúctil y frágil
ï‚· ï‚·
IV. CONCLUSION La resistencia
a la fatiga es proporcional a los datos obtenidos en la práctica y en la
normatividad. Al liberar energía la probeta pierde su brillo
y se vuelve opaca.
ENSAYO DE IMPACTO
Resumen— Este ensayo se inició con 4 probetas con una estructura específica
para realizar el ensayo de impacto charpy fabricadas en un
acero 1020. Este ensayo se realizó con el fin de ver a diferente energía de
impacto la estructura del material se fractura de una manera dada en cada caso
y así poder obtener cual es el resultado de la fractura para las 4 probetas.
Abstract--This trial was initiated with 4 samples with a specific structure for
realizer Charpy impact test made in 1020 steel. This trial was conducted to see
different impact energy of the structure of the material is fractured in a
given way in each case and so we can get which is the result of the fracture
for the 4 specimens.
INTRODUCCIÓN:Condiciones bajo las que se realiza el
ensayo: El ensayo consiste en romper, de un solo golpe, con un martillo
pendular una pieza de ensayo que tenga en medio de ella una entalla en “V” y
esté apoyada por dos soportes. Se determina la energía
absorbida. El impacto debe realizarse bajo las siguientes condiciones
ï‚· ï‚· ï‚· ï‚·
NORMA NTC 19. Materiales metálicos. Ensayos
de impacto Charpy (entalla en V). NORMA ISO 179 (ASTM D5942-96) NORMA
ASTM D 256 (nueva norma D 6110) INTERNATIONAL
ORGANIZA-TION FOR STANDARIZATION. Steel – Charpy impact Test (V Notch) ISO 148
ISO/R 442 Verification of Pendulum Impact Testing Machines for Testing Steels.
Norma Técnica Colombiana (NTC 20-1 equivalente a la ISO 148) para ACEROS
ï‚·
Especificaciones para las Probetas: longitud 56 mm, lados de sección cuadrada
de 10 mm. Entalla en “V” de 45° en el centro de la longitud y 0,25mm de radio
de la raíz. Las probetas de ensayo deben estar totalmente maquinadas. El plano
de simetría de la entalla debe ser perpendicular al eje longitudinal de la
probeta. La preparación se debe realizar de forma que minimice cualquier
alteración de la probeta, por ejemplo una alteración debida a maquinado en frío
o caliente. La entalla se debe preparar cuidadosamente para que no aparezcan
ranuras en su base. Especificaciones para las Máquinas de Ensayo: Se debe
construir e instalar de forma firme y rígida, y debe ser conforme a lo indicado
en la norma ISO/R 442.
ï‚· ï‚·
ï‚·
RESULTADOS DE LA PRUEBA ï‚· Energía absorbida porlas probetas en el ensayo
Fuerza energía (J) 6.713 9.918 8.535 10.13 8.824
ï‚·
#Probeta 1 2 3 4 Promedio: ï‚·
Característica Exitosa Exitosa Exitosa Exitosa
Dentro de las normas técnicas para ensayos de impacto se encuentran las
siguientes: ï‚· NORMA NTC 20-2 Establece el método de ensayo de impacto
ï‚· ï‚·
Charpy para determinar la resistencia del acero al impacto. NORMA ASTM E -23
Ensayos de Impacto tipo Charpy
Velocidad del impacto y altura inicial del
martillo (para todas las probetas) del Altura inicial del martillo
Velocidad impacto
0.3414 m/s ï‚· Tipo de fractura
1.3656 cm
Las bajas temperaturas y las altas deformaciones favorecen la fractura frágil.
FRACTURA ï‚· Es la separación de un sólido bajo
tensión en dos o más piezas. En general, la fractura metálica
puede clasificarse en dúctil y frágil. La fractura dúctil ocurre después
de una intensa deformación plástica y se caracteriza por una lenta propagación
de la grieta. La fractura frágil se produce a lo largo
de planos cristalográficos llamados planos de fractura y tiene una rápida
propagación de la grieta.
Superficies dejadas por diferentes tipos de fractura.
a) Fractura dúctil, b) Fractura moderadamente dúctil, c) Fractura frágil sin
deformación plástica
ANALISIS Y RESULTADOS PROBETA 1:
FRACTURA DÚCTIL Esta fractura ocurre deformación plástica.
bajo
una
intensa La fractura en esta probeta fue moderadamente dúctil PROBETA 2:
La fractura en esta probeta fue moderadamentedúctil PROBETA 3:
FRACTURA FRÁGIL La fractura frágil tiene lugar sin una apreciable deformación y
debido a una rápida propagación de una grieta. Normalmente ocurre a lo largo de planos cristalográficos específicos
denominados planos de fractura que son perpendiculares a la tensión aplicada.
La mayoría de las fracturas frágiles son transgranulares o sea que se propagan
a través de los granos. Pero si los límites de grano
constituyen una zona de debilidad, es posible que la fractura se propague
intergranularmente.
La fractura en esta probeta fue moderadamente dúctil
PROBETA 4:
ITEMS
FORMATO TECNICA PRODUCTO
FICHA PROBETA DE EN ACERO 1020 IMPACTO
NOMBRE DEL PROBETA ENSAYO DE PRODUCTO CHARPY ACERO 1020
En este ensayo de impacto Charpy se realizó prueba en 4 probetas obteniendo
estos datos: #Probeta Fuerza energía (J) Característica 1 6.713 Exitosa 2 9.918
Exitosa GENERALIDADES 3 8.535 Exitosa 4 10.13 Exitosa Promedio: 8.824 en las
cuales se pudo observar los diferentes tipos de fracturas en las probetas a
distinta cantidad de energía de impacto. REQUISITOS GENERALES
PROBETA ENSAYO DE CHARPY ACERO 1020 IMPACTO
La fractura en esta moderadamente dúctil
probeta
fue
ï‚· El tipo de fractura presente en el ensayo es moderadamente ductil a las 4
probetas probadas FICHA TECNICA
CONCLUSIONES ï‚· Comprobamos que el material es dúctil a temperatura ambiente.
ï‚· Se puede decir que el acero 1020 es un material
tenaz de debido a la cantidad de energía absorbida.ï‚· La probeta presenta variaciones
en la absorción del
impacto debido a su construcción y a la precisión de la colocación de la
probeta.
REQUISITOS ESPECIFICOS
La probeta debe presentar apariencia lisa en forma rectangular con un tamaño de
5,4 cm de largo , y 0,9 cm de ancho y profundo. Con un
peso de 150 gr y está hecho de un acero 1020 con una bisagra tipo triangular
para realizar el ensayo de impacto tipo Charpy
ENSAYO DE
TENSION
Resumen. El ensayo de tracción es uno de los más importantes en el ámbito
industrial, puesto que sirve para determinar las propiedades más importantes de
un material, en este caso los aceros. El acero
utilizado para la realización del laboratorio fue el acero 1020 que está
clasificado en el grupo de los aceros de bajo carbono, es uno de los materiales
estructurales mas variables y a su vez de los más versátiles por sus
características, además su fácil fabricación lo hace un acero muy comercial.
Abstract. The tensile test is one of the most important in the industrial
field, since it serves to identify the most important properties of a material,
in this case steel.The steel used for the completion of the laboratory was the
1020 steel, is classified in the group of low-carbon steels, is one of the most
variable structural materials and in turn the most versatile in their
characteristics, and ease of manufacture makes a very commercial steel.
Introducción Para conocer las cargas que pueden soportar los
materiales, se efectúanensayos para medir su comportamiento en distintas
situaciones. El ensayo destructivo más importante es
el ensayo de tracción, en donde se coloca una probeta en una máquina de ensayo
consistente de dos mordazas, una fija y otra móvil. Se
procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza
móvil. La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal
móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza
fija entrega una señal que representa la carga aplicada, las máquinas poseen un plotter que grafica en un eje el desplazamiento y en el
otro eje la carga leída.
El ensayo de tracción se realizó en la maquina universal.
Donde se ejerce ala probeta fuerzas convergentes hasta que se
produjo la ruptura de la probeta, permitiendo la identificación de puntos
claves. Se identificaron diferentes puntos de resistencia a los diferentes esfuerzos que pueda
estar sometido, características como:
el módulo de elasticidad, el límite de fluencia, el limite elástico o también
denominado punto de cadencia, el punto de estricción o de fractura y el
alargamiento de rotura. Igualmente para realizar La prueba de tensión se uso una maquina universal de ensayos y la prueba de impacto
se llevo a cabo en una máquina para pruebas de esta índole denominada: máquina
para ensayos de tracción pro computadora figura2.
MATERIALES Y PROCESOS Para la realización del laboratorio utilizamos como elemento de prueba una probeta de acero
1020 en estadonatural. De dimensiones mencionadas en la
figura1.
Figura 2. Máquina universal de ensayos Al realizar el
ensayo de tracción la maquina identifico puntos claves del material.
Figura 1: longitud 300mm, diámetro menor 12mm, diámetro mayor 19mm. Lo cual
permitió determinar comportamientos del acero 1020 con una
serie de datos esfuerzo, y elongación del material. Utilizamos las siguientes
fórmulas para realizar análisis de los putos importantes: El esfuerzo
δ=F/A La elongación (ε) = LF-LI/LI Porcentaje de elongación
temple, pero es cementable en piezas no exigidas. Puede ser
suministrado trefilado. Esta clase de acero puede ser empleado en piezas
que no estén sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos.
Considerando la escasa penetración de temple
que tiene, generalmente se usa
en estado normalizado. Puede emplearse en estado templado y
revenido para piezas de pequeño espesor. Puede ser cementado cuando se
requieren propiedades mecánicas más altas de las que
pueden obtenerse con el tipo 1015 en cuyo caso se aplican las mismas normas de
cementación que las especificadas para este acero. Maquinabilidad La
maquinabilidad es buena, un 65% comparada con el acero
al carbono 1112 que es la referencia de 100% de maquinabilidad. Conformado La confortabilidad es buena por todos los métodos
convencionales; posee una buena ductilidad. Soldadura
Satisfactoriamente soldable por todos los métodos estándares.
Tratamiento térmico El acero 1020 puede ser endurecido por calentamiento a
1500-1600 Fy luego enfriando en agua. Debe ser revenido. Se usa más
frecuentemente endurecido por carburización. Generalmente no se practican
tratamientos térmicos a un acero de bajo carbono por
los bajos resultados obtenidos en las propiedades mecánicas. Forja Se forja de
2300 a 1800 F. Trabajo en caliente Se trabaja en
caliente en el rango de 900 a 1200 F. Trabajo en frío El acero 1020 es
fácilmente trabajado en frío por métodos convencionales. Después de un extenso trabajo en frío puede ser necesario un recocido
para aliviar tensiones.
El Límite de fluencia (SY) (es el valor de la tensión que
soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia).
Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones
elásticas y plásticas El punto de estricción SUT (es la reducción de la sección
que se produce en la zona de la rotura)
El punto de fractura, (carga máxima que soporto el material), δ=F (peak)
/A Donde F se debe dar en Newton y el área en milímetros cuadrados. Es decir el
esfuerzo estará dado en mega pascales (MPa).
Todas las propiedades disponibles del acero al carbono 1020 se
presentan a continuación. Propiedades de diseño El 1020 es
uno de los aceros al carbono más comúnmente usados. Tiene un contenido nominal de carbono de 0.20% y aproximadamente
0.5% de manganeso. Tiene un buena combinación de resistencia y ductilidad
y puede ser endurecido o carburizado. Aplicaciones El acero 1020 es usado en
aplicaciones estructurales tales comoremaches con cabeza formada en frío. Es usado frecuentemente en condiciones de endurecimiento
superficial. Acero blando de bajo carbono para piezas de maquinaria,
pernos, pasadores de baja resistencia. Buena
soldabilidad. No toma
Recocido El recocido completo se hace de 1600 a 1800 F seguido por un lento enfriamiento en horno. Esto da una resistencia a la
tensión de alrededor 65 Ksi. El recocido de alivio de
tensiones puede ser hecho a 1000 F. Envejecimiento No aplicable.
Revenido Seguido a un tratamiento térmico de
endurecimiento y al temple, se hace el revenido de 600 a 1000 F, dependiendo del nivel de resistencia
requerido. Un revenido a 1000 F dará una resistencia a la tensión
de 90 Ksi. Endurecimiento El acero 1020 endurece por trabajo en frío y por
tratamiento térmico, temple y revenido III ANALISIS DE RESULTADOS El ensayo de
tracción se puede realizar bajo las siguientes normas: Normas de ASTM
A356/A356M Especificación para fundiciones de acero, carbono, baja aleación y
acero inoxidable, de pared gruesa para turbinas de vapor A370 métodos de prueba
y definiciones para pruebas mecánicas de productos de acero B557 métodos de
prueba para la tensión de prueba forjado y fundición de aluminio y aleación de
magnesio-Productos B557M métodos de prueba para la tensión de prueba forjado y
fundición de aluminio y aleación de magnesio-Productos (en metros) E4 Prácticas
para la verificación de la Fuerza de Máquinas de prueba E6 Terminología
relacionada con los métodos de EnsayosMecánicos E29 Prácticas para el Uso de
dígitos significativos en los datos de prueba para determinar la conformidad
con las especificaciones E83 Prácticas de Verificación y Clasificación de los
sistemas Extensómetro E345 métodos de ensayo de las Pruebas de tensión de hoja
metálica E691 Práctica para la realización de un
estudio entre laboratorios para determinar la precisión de un método de prueba
E1012 Prácticas para la verificación de un marco de ensayo y de alineación de
muestras Bajo la compresión axial de la Fuerza de aplicaciones y de tracción
E1856 Guía para la evaluación automatizada de Adquisición de Datos de Sistemas
usados para adquirir datos de Universal máquinas de prueba
Índice de Condiciones precisión, la flexión; discontinua rendimiento; caída de
la viga-; aplicación de la fuerza excéntrica; extensión elástica, elongación,
extensión bajo carga; extensómetro, la fuerza, velocidad de la cruceta de
funcionamiento libre; longitud de calibre; detener-de-la fuerza ; porcentaje de
elongación, extensión de plástico; precarga; tasa de destacar, la tasa de
esfuerzo, de sección reducida, la reducción de la superficie, sensibilidad, la
tensión, el estrés, resistencia a la tracción;; tara pruebas de tensión,
elongación límite de elasticidad, resistencia a la fluencia ; Fuerza de
producción y rendimiento de punto; placa de acero de aleación, la reducción de
la zona; la flexión, el acero al carbono; placa de acero al carbono, alambre de
acero al carbono; Fundición,hierro fundido (de prueba), control de calidad (QC)
- Los metales; Tasa de destacar / esfuerzo ; Ronda de muestras, materiales de
la hoja (general), de chapa, tubos de acero;; de chapas de acero de acero /
tira; tubo de acero, alambrón de acero, fuerza, tensión - materiales metálicos,
acero estructural (SS), placa de acero estructural (SS) ; tara; propiedades de
tracción / prueba - los materiales metálicos, fundición de aleaciones de cobre
- Especificaciones; discontinuo rendimiento; Alto-de-la fuerza-; Drop-de-la
viga; Ductility-metals/alloys, la aplicación excéntrica vigor; Hierro ;
elástico de extensión; Alargamiento - materiales metálicos; extensión bajo
carga, conductores eléctricos de metal; Extensómetros; libre funcionamiento
cruceta velocidad, porcentaje de elongación, extensión de plástico, materiales
de la placa (general), número de código ICS 77.040.10 (Ensayos mecánicos de
metales)
MODULO DE ELASTICIDAD E GRAFICA 1
Modulo de elasticidad E
260 240 220 200 180 160 140 120 100 0,035 0,055 0,075
y = 7558,9x 170,37 R² = 0,999 Modulo de elasticidad E
Modulo de elasticidad E = 7558.9
Gragica 1: esfuerzo contra deformación. TIPO DE FRACTURA La probeta de acero
1020 presento una fractura dúctil, esto se pudo concluir gracias a que se podía
percibir la superficie donde se fracturo que era rugosa, opaca y se produjo
arto cuello en esta zona. Este material al igual que todas las aleaciones
ferrosas tiene su respectiva prueba de tracción, la cual es realizadabajo la norma ASTM a370 que facilita el control de la prueba y su
veracidad. Se puede observar el comportamiento del acero 1020 con
su prueba de tracción, que es un acero dúctil ya que su sección transversal se
reduce al someterse a cargas opuestas, se reduce aproximadamente en un 50 %. Su
longitud aumento aproximadamente 16 mm., verticalmente
lo que confirma que es un acero de muy buena maquinabilidad. La grafica muestra
que a diferencia de otros aceros, es un acero que no
necesita cargas muy elevadas, relativamente. Su límite de fluencia es una
región que oscila en cargas bajas a diferencia de aceros como el 1045. Su
deformación plástica esta después de los 347 MPa
hasta los 453.59 MPa donde el material pierde su resistencia y se rompe longitudinalmente. IV
CONCLUSIONES ï‚· Para grandes niveles de
alargamiento, la distribución de deformaciones y tensiones deja de ser uniforme
a lo largo de la probeta debido a la formación de un
cuello en su tercio medio. ï‚· El acero 1020 es un
material dúctil por su presencia de cuello al momento de ruptura.
FICHA TECNICA DE RESULTADOS acero 1020 Symbol E Dimensión Symbol E Dimensión
Symbol E Dimensión área(mm2) Sy MPa 347,71 Sf MPa 453,59 % reduc Área % 51,2 En
la anterior tabla se presentan las características principales del acero 1020
tras someterse al ensayo de tensión. 105 Sut MPa
680,38 % elong % 16,5
ï‚·
Los resultados numéricos obtenidos con dicho ensayo han sido validados
experimentalmente de manera satisfactoria.
