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Ensayo de fatiga, impacto, tension acero - ensayo de impacto



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

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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

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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.

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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.





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