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Características tensión-deformación de los aceros
 

Características tensión-deformación de los aceros

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El acero es un término general para el hierro aleado con carbono y otros elementos como cromo, manganeso y níquel.

Las variaciones en los métodos de composición y procesamiento pueden adaptar sus propiedades para la construcción de automóviles, puentes y rascacielos, por nombrar sólo algunos de los posibles usos casi infinitos.

Entender la respuesta del acero a la carga es importante en el diseño de estructuras y construcciones seguras. Una herramienta fundamental para el modelado de características del material es la curva del stress-strain.

Vamos a utilizar el ensayo de tracción uniaxial para estudiar el comportamiento elástico y el inelástico de un acero laminado en caliente y un duro en frío de acero, que representan límites de bajos y altos respectivamente de las fortalezas de la resistencia a la tracción en aplicaciones de ingeniería civil.

El estrés se define como la fuerza dividida por el área sobre la cual se aplica. Deformación es el cambio en longitud dividido por la longitud inicial. Curvas tensión-deformación describen las propiedades elásticas e inelásticas de materiales mostrando cómo un material como acero responde a aplica fuerza.

El ensayo de tracción uniaxial se utiliza normalmente para el estudio de tensiones. En esta prueba, una máquina lenta tira de los extremos de una muestra con mayor fuerza y mide la elongación resultante. La prueba de tensión metal es descrita por ASTM E8, que define el tipo y tamaño de la muestra, el tipo de equipo y los datos a ser registrados.

La curva del stress-strain revela muchas propiedades del material bajo prueba. Entre ellos, módulo de elasticidad (la pendiente de la región lineal inicial, donde la deformación es proporcional a la carga), el módulo de resiliencia (el área debajo de la región lineal, que mide la capacidad de un material para absorber energía sin deformación permanente), límite proporcional (la tensión en el punto de la curva se desvía de la linealidad), puntos de rendimiento (donde estrés versus tensión repentinamente disminuciones o cambios) y meseta de rendimiento (donde deformación aumenta rápidamente sin aumentar el estrés).

El acero es un material dúctil. Ductilidad se define como el cambio de longitud en fallo dividido por la longitud inicial. La dureza es la capacidad de un material para absorber energía antes de las fracturas.

Ahora que comprendemos algunas de las características básicas de los materiales, vamos a ver un método para medir la tensión y la tensión en el laboratorio e investigar la relación entre estas dos cantidades.

Obtener a probetas cilíndricas para dos tipos de acero, templado y laminado en caliente, por ejemplo A36 y uno duro y frío, como C1018.

Use un calibrador para medir el diámetro en varios lugares cerca de la mitad de la muestra. Hacer estas mediciones a la 2000th cerca de una pulgada.

A continuación, sostenga firmemente a la muestra. Corte una longitud de calibre de aproximadamente dos pulgadas. Que la marca claro pero muy superficial para evitar crear una concentración de estrés que puede conducir a la fractura. Medir el real marcado longitud calibre a 2000th cerca de una pulgada.

Por último, instalar un calibrador de tensión. El espécimen está listo para la prueba.

Utilizaremos un universal máquina o UTM, la prueba para medir las propiedades de tracción de las probetas. Encienda la máquina de prueba e inicializar el software. Configurar gráficas apropiadas y parámetros de adquisición de datos, seleccione un procedimiento de prueba que es compatible con el protocolo ASTM E8.

Las tasas de esfuerzo conjunto para las cepas bajo cero a 5% y para el colmo tensión gamas mayores que 5% respectivamente. Estos deben ser cerca de 0,05 pulgadas por minuto para la carga inicial y 0.5 pulgadas por minuto después de tensión del 5%. Establecer entonces cualquier acción adicional en el software, como detención de la máquina en la tensión del 5% en el extensómetro para eliminar antes de la falla del espécimen.

Elevar manualmente la cruceta para que toda la longitud de la muestra se ajusta fácilmente entre los bordes superior e inferior. Introduzca cuidadosamente el espécimen en la empuñadura superior a aproximadamente el 80% de la profundidad de agarre. Alinee a la muestra dentro de la empuñadura superior y apriete ligeramente para evitar que a la muestra de. Baje lentamente la cruceta superior. Una vez que el espécimen está en alrededor del 80% de la profundidad de agarre inferior, iniciar la aproximación de la muestra dentro de las asas de la parte inferior. La muestra debe flotar en el centro de la empuñadura inferior totalmente abierto. Aplique presión lateral a la muestra a través de las asas para asegurarse de que no hay deslizamiento ocurre durante la prueba. Nota el proceso de atornillado presenta una pequeña fuerza axial en la muestra.

Utilice el software para imponer una precarga para compensar esta fuerza y su valor. Conecte firmemente el extensómetro electrónico para la muestra de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Las hojas del extensómetro deben estar centradas aproximadamente en la muestra. Si se utiliza un calibrador de tensión, conéctelo.

Comenzar la prueba mediante la aplicación de carga de tracción a la muestra. Observar la lectura viva de la carga aplicada en la pantalla del ordenador. Para confirmar que la muestra se desliza a través de los puños, asegúrese de que la carga medida aumenta linealmente. En algún momento antes del fallo de la muestra, el software automáticamente detendrá la prueba. Deje la muestra en la máquina de prueba y saque el extensómetro. Reanudar la aplicación de carga de tracción hasta el fallo. Al llegar a la carga máxima, la carga medida comienza a disminuir. En este punto, la muestra comienza a cuello. Fractura final debe ocurrir en esta región cuello por desgarramiento dúctil.

Terminada la prueba, levantar la cruceta, afloje la empuñadura superior y retire el pedazo roto de la muestra. Afloje la empuñadura inferior y retire la otra mitad de la muestra. Registre el valor en la carga de tracción máxima. Guardar los datos registrados y la curva del stress-strain.

Encajar los extremos de la pieza fracturada y mida la distancia entre las marcas de calibre para el 2000th cerca de una pulgada. Registrar la longitud de la calibre final. Por último, mida el diámetro de la muestra en la sección más pequeña para el 2000th cerca de una pulgada.

Para determinar las propiedades del material, primero mira los datos para el acero suave laminado en caliente de A36 y el C1018 acero de laminado en frío duro, respectivamente.

Ahora calcular el alargamiento porcentual para cada muestra, saber que el calibre final y el inicial longitud del calibrador. Calcular la reducción del área para cada muestra, usando el diámetro final y el diámetro inicial de la muestra. Registrar estos valores en una tabla de resultados.

A continuación, calcular otros parámetros material utilizando las curvas tensión-deformación experimentales. Una comparación rápida de estas curvas para las dos muestras muestra sus muy diversos comportamientos elásticos e inelásticas. De la mucho mayor tensión a niveles más bajos de estrés, el acero A36 es más suave y más dúctil que el acero C1018.

Para el acero A36, la tensión en el paro es de 58,6 kilolibras por pulgada cuadrada, sustancialmente por encima del valor nominal de 36,0 kilolibras por pulgada cuadrada. Tensión máxima es aproximadamente 86,6 kilolibras por pulgada cuadrada en una tensión de alrededor del 20%.

Esta magnifica muestra un punto de producción al alza en unos 58,6 kilolibras por pulgada cuadrada y un punto más bajo de rendimiento en unos 56,8 kilolibras por pulgada cuadrada. El principio de la meseta de rendimiento también es visible aquí. Datos de la galga de tensión revelan una región elástica lineal para el acero A36 con una pendiente definida como módulo de Young de aproximadamente 29.393 kilolibras por pulgada cuadrada. Este resultado es muy cercano al valor nominal de 29.000 kilolibras por pulgada cuadrada.

En el punto donde los datos se desvía de la linealidad, podemos determinar que el límite proporcional es de 55,58 kilolibras por pulgada cuadrada. Para la comparación, debido a la no linealidad de la curva tensión-deformación, el acero C1018 tiene un límite proporcional muy bajo.

Los resultados de las cubiertas del extensómetro colar hasta un 5%. El acero A36 muestra la meseta plástico y el comienzo del endurecimiento de la cepa donde la curva se levanta otra vez en una tensión de alrededor del 2.7%. En contraste, el C1018 no tiene ninguna meseta de rendimiento claro.

Para finalizar el análisis de datos que resume los resultados de las dos muestras de acero en la siguiente tabla.

El alargamiento de un acero laminado en caliente está en el rango de 25 a 40%. Por el contrario, el alargamiento de un acero laminado en frío duro es sólo la mitad de esta cantidad. El alargamiento porcentual es un valor promedio para la longitud del material entre las marcas de calibre, pero casi todos la deformación se localiza en una pequeña región alrededor del punto de fractura. En consecuencia, la cepa local podría ser mucho mayor que el promedio.

El examen físico de los dos especímenes muestran grandes diferencias en la forma no, correspondiente a las diferencias en las curvas tensión-deformación.

El acero A36 tiene una superficie de falla con el material sacado en el borde durante la deformación final gradual y mayor alargamiento a baja tensiones, lo que indica un metal dúctil pero muy suave.

Por el contrario, el acero C1018 tiene una superficie de falla plana, correspondiente a la fractura repentina y mucho menos alargamiento en tensiones mucho más alto, características de alta resistencia pero baja ductilidad.

Vamos a ver algunas aplicaciones comunes del acero desde la perspectiva de la relación entre el estrés y la tensión.

Ingenieros civiles analizar colapsos estructurales en edificaciones y puentes para mejorar futuros diseños estructurales. Este proceso ha llevado a componentes como los de acero laminado en vigas para edificios de varios pisos, soldado con autógena profunda-placa vigas de los puentes y los pernos de alta resistencia y tornillos. Cada uno requiere diferentes tipos de acero con fuerzas especificadas y ductilities, a menudo primero entendidos a través del examen de las curvas tensión-deformación.

Los ingenieros utilizar las características tensión-deformación de materiales para hacer automóviles más seguros. Conociendo la fuerza y la ductilidad de la estructura y cómo deforma en respuesta a las fuerzas de impacto, ingenieros pueden diseñar cuerpo de un automóvil para absorber energía durante la colisión y aumentar las probabilidades de sobrevivir a un accidente.

Sólo ha visto introducción de Zeus a las características tensión-deformación del acero.

Ahora debe saber cómo realizar un ensayo de tracción uniaxial para determinar las propiedades de resistencia a la tracción de materiales metálicos y cómo analizar las curvas de tensión-deformación para los aceros típicos.

¡Gracias por ver!

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