Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.1 EL INFORME DE LABORATORIO COMO HACER UN INFORME DE LABORATORIO APRENDIENDO Y OBTENIENDO UNA BUENA CALIFICACIN Introduccin Unaactividaddelaboratorioconsisteenunaomsexperienciasdondesepretendeunao msdelossiguientesobjetivos:ensearunprincipiodemaneraprctica,ensearuna destreza, afianzar un principio.A la hora de realizar un informe de laboratorio este aspecto debe tenerse muy en cuenta; el alumno debe preguntarse qu principio se ha mostrado o qu destreza se ha desarrollado o qu principio se ha afianzado? Tambin debe tenerse presente que cada actividad de laboratorio debe poseer objetivos bien definidos y en este sentido es til que el alumno se pregunte por estos objetivos cuando se realiza el informe. Noobstante,noslosedebentenerpresenteestosaspectosdurantelarealizacindel informefinal,sinotambinymuyespecialmenteenlarealizacindelaexperiencia propiamentedicha.Alrespecto,lasexperienciasdelaboratorioconstituyenlaformade conectarloaprendidoenlasnumerosashorasdeteoraconlosaspectosprcticosque,sequiera o no, acompaan la mayor parte del quehacer laboral de ingenieros y cientficos. Por otro lado,es buenotenerpresentequeunaexperienciadelaboratorionormalmenteesuna actividadquerequieredeequipamientomsomenossofisticado,materialesyequipos menores. Todo esto supone un esfuerzo econmico a tenerse en cuenta.Estructura La estructura del informe debe ser de manera ms o menos invariable la siguiente: Resumen Objetivos Introduccin Base terica Procedimiento experimental Resultados y anlisis de los resultados Conclusiones Bibliografa Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.2 Anexos A continuacin se analizarn cada una de estas partes por separado poniendo nfasis en los aspectos ms importantes de ellos. Resumen En no ms de 200 palabras debe narrarse la experiencia realizada: lo que se midi, qu tipo deprobetasseus,dequmaterial,elequipamientoqueseutilizyfinalmenteenunciar muy brevemente los resultados hallados. Hacer que esto se pueda expresar en 200 palabras (ms o menos) no es tarea fcil. IntroduccinDebecontenerunadescripcingeneraldelaexperiencia,comentandolosaspectosms relevantesquelorelacionanconlateora.Debecontenerlosobjetivosgeneralesy especficos, los que deben ser tenidos en cuenta en la elaboracin de las conclusiones. En laintroduccin,nodebenincorporarselargosdebatesentornoal temadellaboratorio; enrealidadsuextensinnodeberaexcederunaodospginas.Porningnmotivodeben incluirsedescripcionesdepartedelprocedimientoexperimentaloincluirseresultados parciales o finales. Desde luego no deben incluirse conclusiones. Base Terica Esteesunaspectoquedebesercubiertocondetalle.Debenplantearselasecuacionesy enunciarselosprincipiosbsicosrelacionadosconlaexperienciadelaboratoriodequese trate.Debenresaltarseaquellasecuacionesy/oprincipiosdirectamenteabordadosenla experiencia.No deben incluirse resultados ni conclusiones.Unaspectoimportanteatenerencuentaenestaseccineseldelasreferencias bibliogrficas.Debenaparecercitadoslostextos,apuntes,artculosodirecciones electrnicasquehayansidousadasenlaelaboracindeestaseccin.Esnormalusarun nmero entre parntesis y como superndice para las citas bibliogrficas.Por ejemplo: ...el factor crtico de intensidad de tensiones es funcin del espesor del material (6)... Las ecuaciones deben ser numeradas en orden correlativo. Por ejemplo: nK =(4) nu = (5) Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.3 Procedimiento Experimental Debehacerseunadescripcindelosequiposutilizados.Debemencionarseelnombre, modelo,capacidad,formadefuncionamientoyotrosantecedentesqueseanimportantes. Por ejemplo: Se utiliz una mquina de fatiga Rumul, modelo Mecatronic, de 10 kNde carga dinmica y20kNdecargaesttica.Esteequipofuncionaintroduciendounacargaoscilatoria provenientedeunacondicinderesonanciaobtenidadelsistemaelectromecnico constituido por un electroimn, un par de espiras, unsistema de masas intercambiables, el sistema de mordazasy la muestra. Losequiposmenorestalescomopiedemetro,micrmetroetc.slodebenser mencionados, pero no descritos. A continuacin debe describirse el procedimiento experimental usado debindose incluir la geometra de las probetas usadas, su composicin qumica y tratamientos trmicos. De ser posibledebecomentarselacomposicinqumicaylosaspectosmsimportantesdelos tratamientos trmicos. Por ejemplo: El acero inoxidable estudiado contiene un 18% de cromo y un 8% de nquel. El cromo le otorga su caracterstica de inoxidabilidad, en tanto que el nquel estabiliza la fase gamma, que es cbica centrada en las caras y portanto, es conformable con mayorfacilidad. LafundicinADI(austemperedductileiron)estudiada,bsicamenteconsisteenuna aleacindeFe,CySi,concontenidosdeCqueoscilanentre2y4%?.Sefabrica realizando un tratamiento trmico de austemperado. No se deben incluir resultados, ni menos comentarlos. Se debe citar bibliografa cuando sea necesario. Resultados y anlisis. Los resultados deben ser entregados de forma clara. En aquellos casos en que los datos sean tomadosatravsdeuncomputador,NODEBENINCLUIRSELASTABLASDE DATOS,cuandostosnumerosos(tpicamente,cuandoseanledosdigitalmente).Porel contrario,losdatosdebenentregarseenformadegrficas,identificndoseclaramentelos nombres de cada eje y por supuesto, las unidades de cada uno. Estaseccinesunadelasmsimportantesdelinformeyelalumnodebedesplegarsu capacidaddeanlisis,relacionandocausas yefectos,comparandounosresultadosconlos otrosobtenidosenlaexperienciaactualoenexperienciasanteriores.Loserrorespropios deltrabajo experimental es correcto comentarlos, pero no deben transformarse en el centro del anlisis. El anlisis de resultados debe ser lo ms exhaustivo posible. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.4 Elanlisisderesultadosdebeestarconstantementeapoyadoporfigurasyprincipiostericos. Por ejemplo: .., tal como se muestra en la figura 7, la deflexin de la viga es proporcional a la carga aplicada y de acuerdo a la teoraexpresada en la ecuacin 6. Dicha deflexin es menor en aquellos casos en que el mdulo de Young es mayor, tal como lo predice la ecuacin 6 ya citada... Cada figura debe tener un nmero que la identifique, que se pone al pie de la misma. En el caso de las tablas, deben ser numeradas correlativamente y su nmero identificatorio debe ponerse en la parte superior de la misma. Es importante citar bibliografa, sobre todo en la parte de anlisis de resultados. Conclusiones En general cada una de las conclusiones deben estar relacionadas ya sea con los objetivos generales o con los objetivos especficos. Estas son lasprimeras que deben ser enunciadas. Enseguida, deben enunciarse aquellas conclusiones que no estn directamente relacionadas con los objetivos generales y/o especficos. Debe cuidarse de no confundir las conclusiones con los resultados. Algunos ejemplos: El esfuerzo de fluencia de los aceros estudiados es proporcional a la cantidad de carbono de los mismos. La vida tilafatiga disminuye con el esfuerzoaplicado. Elesfuerzodefluenciaenelmaterialestudiadoesde450MPa.Estanoesuna conclusin, sino un resultado. No se acostumbra citar bibliografa en esta seccin. ASPECTOS A TENEREN CUENTA Forma: La redaccin del informe de hacerse en tercera persona del singular. Por ejemplo: Se midi la deflexin de la viga y no Medimos la deflexin de la viga. Se calibr el extensmetro y no Calibr el extensmetro Se traccion a rotura y no Traccionamos arotura Redaccin:staconstituyeunobjetivodetodosloslaboratoriosquenuncaseplantea explcitamente,peroquesiempreseevala.Larazndeestoesobvia:enlavida profesional del ingeniero o cientfico, siempre ser necesario la emisin de informes y/o la Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.5 escrituradeartculostcnicos,inclusoalgunavezenidiomasquenoseanelespaol.Es estrictamente necesario leer lo que se ha escrito para saber si tiene sentido o si suena bien.Por ejemplo: LasmedicionesdedurezasfueronhechasenundurmetroEmco,utilizandolaescalaRockwellCenvezdeLasmedicionesdedurezaquesehicieronfueronhechasenunaparato. Durmetro Rockwell C, marca Emco. Esaconsejableredactardelamismamaneraquesehabla,sinusarunestilorebuscadoo artificial. Por ejemplo:Se midi por microscopa ptica cuantitativa la cantidadde carburos presente...en vez deSerealizunasuertedeestimacinporintermediodeunatcnicaavanzadaque requieredeunagranhabilidadporpartedeloperador,llamadademicroscopaptica cuantitativa, por medio de la cual se contabiliz concienzudamente la cantidad de carburo presentes... Se deben evitar todo tipo de adjetivos que supongan subjetividad. En el ejemplo anterior, lo detcnicaavanzadaresultaunpocopedante,perosepuedeadmitir;hayquerecordar quelamayorpartedelastcnicasavanzadasestcondenadaalaobsolescenciaenpocos aos.Lodesecontabilizconcienzudamente...,estdems,yaquetodoeltrabajo prctico debe llevarse a cabo concienzudamente. Laredaccindebeserclara cuidandoespecialmente lapuntuacin. Sienalgnmomento se lee lo que se haredactado acordarse de: Poner comas cada vezque se haga una pausa para respirar. Poner un punto seguido cuando se cambie de oracin. Poner un punto aparte cuando se cambie de idea. Poner dos puntos cuando se enumere. Ortografa:Desdequeesposiblecontarconelcorrectordeortografadelprocesadorde textos,debieraesperarseunamejoraenlaortografaenlospresentadosporlosalumnos. Esto no ha sido as porque el corrector de ortografa no distingue entre palabras que tienen la posibilidad de usarse acentuadas o no. Por ejemplo: Grfica: la grfica adjunta... para indicar una grfica, es decir, como sustantivo Grafica: ...si se grafica..., es decir, para expresar la tercera persona del singular del verbo graficar. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.6 Lmite: el lmite de la regin mostrada... Limite: ... a no ser que se limite la cantidad de oxgeno.... En general, la ortografa corresponde a un objetivo de todo informe de laboratorio, porlas mismas razones por las que lo es la redaccin. Bibliografa Debesercitadaalolargodeldesarrollodelinforme,delamaneraquesehacomentado anteriormente. Particularmente en las secciones de Base Terica y Anlisis de Resultados. Lascitasdebenincluirautoroautores,nombredellibrooartculo,editorial,edicin, ao...etc. Por ejemplo, para un libro: F. Beer y E. R. Jhonston, Mecnica Vectorial para Ingenieros, McGraw-Hill Book Co.,5 Ed. 1990. Para un artculo: BungeH.J.,TechnologicalApplicationsofTextureAnalysis,ZeitschriftfurMetallkunde, 76, H7,pp. 455-470, 1985. Errores Todotrabajoexperimentalestsujetoaerrores.Estoserroressepuedendeberaerrores propiosdelosinstrumentosdemedicin,aerroresdelecturaquedependendel experimentadoryfinalmenteestelfactoraleatoriorelacionadoconheterogeneidadesdel material.Entodocaso,loserroresasociadosaltrabajoexperimentalnoconstituyenun objetivo en s, por tanto no debe centrarse la discusin de resultados en este aspecto. Esto no quiere decir que no ameriten ser mencionados. Unidades Debenserpreferencialmentelasunidadesdelsistemainternacionalobienlasdelsistema mtrico.Tambinsonaceptableslasunidadesdelsistemaingls,aunquedebetratarseen todomomentodeutilizarlosdosprimeros.Entodocaso,hayqueserrigurososenlos siguientes sentidos: Que las unidades sean correctas, es decir, que se empleen las unidades correctas: la energa enJoulesoergios,lapotenciaenWatt,elcoeficientedetransferenciadecalorenJ/m2s C...etc. Quetodasfiguras,grficasytablas,especifiquenclaramentelasunidadesenquesehan hecho las mediciones o se expresen losresultados. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.7 Debeprestarseatencinaloscambiosdeunidades,preguntndosecadavezsitienensentido los nmerosque se obtienende cada cambio. Unejemplomuysimple:paraconvertirmetroscbicosalitros,debemultiplicarsepor 1000.Asporejemplo,18m3correspondena18.000litros.Unerrorusualconsisteen dividir por 1000 en vez de multiplicar por esta cantidad. De esta formase obtendran 0,018 litrosenvezdelos18.000quecorresponden.Desdeluego,estos0,018litross(18cm3) resultan una cantidad irrisoria para los 18 m3. La Forma de Evaluacin Todoinformeenprincipioparteconlanotamxima.Enunaescalade1a7,pormala redaccin se descuenta medio punto. Por mala ortografa se descuenta otro medio punto. Elanlisisderesultadosesunodelosaspectosmsimportantes,delinforme.Unmal anlisis de resultados, descuenta un punto. Las conclusiones son otro aspecto importante a tomarencuenta.Talcomosecoment,debenserclarasyestarrelacionadasconlos objetivos. Un mal planteo de las conclusiones descuenta un punto. Otro aspecto importante, lo constituyen las referencias bibliogrficas. Deben estar relacionadas con el sitio en que se citanydesdeluegodebensercomentadas.Nohacerreferenciasohacerlasmaldescuenta medio punto. La presentacin debe ser inmejorable, con buenas figuras y grficas. En estas ltimas,laescaladelosejesdebeserlegible,lascurvasdebenestarmuybien diferenciadas. Una mala presentacin resta otro medio punto. Comentario Final El objetivo de todo esto es que los alumnos aprendan a trabajar cientficamente en el laboratorioyqueaprendanainformarcorrectamentesobreloobservadoenel laboratorio y sobre lo aprendido. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.8 EXPERIENCIA N 01 UNIDAD: LABORATORIODECOMPORTAMIENTOMECNICODE SLIDOS CARRERA:INGENIERA CIVIL METALRGICA TEMA: EL ENSAYO DE TRACCIN1.-Introduccin SeensayarnatraccinuniaxialprobetaASTMestndar.Serunensayoarotura, utilizndose un extensmetro para la medida de la deformacin y una celda de carga para la medida de la carga. Los datos sern tomados y procesados a travs del software UTM de la mquinadetraccinTinius&Olsen.Interesaevaluarlosparmetrosfundamentalesdel ensayo:lmiteelstico,mdulodeYoung,UTS,mximadeformacinarotura,ajustede Hollomon.Seprocederalacaracterizacindelmaterialdesdeeluntodevistametalogrfico informndose de aspectos como tamao y forma de los granos, presencia de segundas fases, etc. 2.- Objetivos El alumno deber ser capaz de: OperarelprogramaUTM,definirunensayo,tomaryprocesarlosdatosque provengan de l. Interpretarlosdatosobtenidosenelensayoycalcularlosparmetrospropiosdel mismo. Correlacionar estos resultados con la caracterizacin microestructural del material. 3.- Metodologa Se marcar juego de probetas estndar a una distancia de 20 mm desde el centro de la misma.Se medir el rea inicial de cada probeta. Se definir el tipo de ensayo en la mquina de traccin. Se calibrar el extensmetro. Se instalarla probeta en la mquina con la ayuda de mordazas. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.9 Se realizar el ensayo de traccin. Seharunseguimientoenlapantalladelcomputadordelacurvadetensin-deformacin. Se obtendrn los parmetros fundamentales de la curva anterior. A partir de los resultados anteriores, se elaborar el informe. 4.- Materiales e instrumentos MaquinadetraccinTinius&Olsen,extensmetro,diskettes,piedemetro, micrmetro. Materiales: acero 1020, acero 1045. 5.- Cuestionario La teora bsica usada en la experiencia se encuentra descrita en varios textos que son clsicosenCienciaeIngenieradeMaterialesyqueseencuentranenlabibliografa recomendada.Merece relevancia lo siguiente: este ensayo esta estandarizado. La American Society forTestingMaterials(ASTM),hareunidoelconjuntodeexperienciastenidasporlos cientficoseingenierosrelacionadosconelreadematerialesyhancondensadoestas experienciasenunaseriedeconsejosprcticosdecmodebehacerseelensayoparaque seavlidoyhomologableentodoelmundo.LanormasedenominaASTME-8.Se recomienda leer las partes principales.A partir de la revisin de esta bibliografa, responda el siguiente cuestionario: 5.1.- Defina: 5.1.1.- Limite elstico 5.1.2.- Esfuerzo verdadero y deformacin verdadera 5.1.3.- Esfuerzo ingenieril y deformacin ingenieril 5.1.4.- Estriccion 5.1.5.- Modulo de Young 5.1.6.- Ley de Hooke 5.1.7.- Ley de Hollomon 5.1.8.- Deformacin plstica 5.1.9.- Deformacin elstica Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.10 5.1.10.- UTS (ultimate tensile stress) 5.1.11.- Limite elstico convencional 0.2% 5.1.12.- Resiliencia 5.1.13.- Tenacidad 5.1.14.- Alargamiento a rotura 5.1.15.- Porcentaje de reduccin de rea 5.1.16.- Fluencia homognea y fluencia heterognea 5.2..-Enundiagramaesfuerzodeformacinverdaderos,superpongaeldiagramaesfuerzo deformacin ingenieril. Cul de los dos es montonamente creciente?Por que? 5.3.- A que se debe la formacin de cuello?5.4- Dibuje en un diagrama esfuerzo deformacin, las curvas correspondientes a: 5.4.1.-Un material frgil y duro 5.4.2.-Un material dctil y blando Cual de los dos absorbe mas energa antes de la rotura? 5.5..-Unmaterialconcomportamientoelasto-plsticosecargaporencimadellimite elstico.Luegosedescargacompletamente.Representeelprocesoenundiagrama esfuerzo-deformacin.Muestreclaramenteladeformacinelsticayladeformacin plstica en cada caso. Si el material se vuelve a cargar, como queda descrito el proceso en un diagrama esfuerzo-deformacin? 6Informe El informe se estructurara en base a los siguientes puntos: 6.1.- Introduccin 6.2.-Baseterica(hacerunresumendenomsdetreshojasdelosaspectosms relevantesdeloquesehayaledosobreeltemadeacuerdoalabibliografa recomendada). 6.3.-Montajeexperimental(describirmquinasusadas,probetasensayadasetc). Dos paginas como mximo. 6.4.- Resultados (poner los resultados obtenidos, sin discutirlos). Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.11 6.5.-Discusinyanlisisderesultados(analizarlosresultadoscomentaraspectos relevantesyengeneralponerlasideasquevayanaflorandosinautocensura;esla parte ms importante del informe). 6.6.- Conclusiones (relacionar con los objetivos de la experiencia) 6.7.-Bibliografa 7Bibliografa 7.1G. Dieter Mechanical Metallurgy, Mc Graw-Hill7.2D.Askeland,LaCienciaeIngenieradeMateriales,GrupoEditorial Iberoamrica 7.3W.Smith,FundamentosdelaCienciaeIngenieradeMateriales,McGraw-Hill Book. 7.4L. Van Vlack , Materiales para Ingeniera, CECSA 7.5Norma ASTM E-8 Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.12 EXPERIENCIA N 02 UNIDAD: LABORATORIODECOMPORTAMIENTOMECANICODE SLIDOS CARRERA:INGENIERA CIVIL METALRGICA TEMA: ENDURECIMIENTO POR DEFORMACIN 1.-Introduccin Se efectuarn ciclos de carga y descarga a un acero con el propsito de observar el fenmeno de Endurecimiento por Deformacin. 2.-Objetivos El alumno deber ser capaz de: Definirunciclodecargasydescargasconelfindeobservarelfenmenode Endurecimiento por Deformacin. 3.- Metodologa Seprogramarnunciclodecargasydescargassobreunaprobeta,estudindosesu comportamiento elasto-plstico.Se observarn en cada momento las cargas que se obtienen. A partir de los resultados anteriores, se elaborar el informe. 4.-Materiales e instrumentos MaquinadetraccinTinius&Olsen,extensmetro,diskettes,piedemetro, micrmetro. Materiales: acero 1020, acero 1045. 5.- Cuestionario La teora bsica usada en la experiencia se encuentra descrita en varios textos que son clsicosenCienciaeIngenieradeMaterialesyqueseencuentranenlabibliografa recomendada.Describaelfenmenodeendurecimientopordeformacin,haciendonfasisen aspectosmicroestructuralesyrelacionandodichosaspectosconlosfenmenos macroscpicos observados. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.13 8Informe El informe se estructurara en base a los siguientes puntos: 6.1.- Introduccin 6.2.- Base terica . 6.3.- Montaje experimental (describir mquinas usadas, probetas ensayadas etc). Dos paginas como mximo. 6.4.- Resultados (poner los resultados obtenidos, sin discutirlos). 6.5.- Discusin y anlisis de resultados.6.6.- Conclusiones (relacionar con los objetivos de la experiencia) 6.7.-Bibliografa 9Bibliografa 9.1G. Dieter Mechanical Metallurgy, Mc Graw-Hill9.2D.Askeland,LaCienciaeIngenieradeMateriales,GrupoEditorial Iberoamrica 9.3W.Smith,FundamentosdelaCienciaeIngenieradeMateriales,McGraw-Hill Book. 9.4L. Van Vlack , Materiales para Ingeniera, CECSA 9.5Norma ASTM E-8 Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.14 EXPERIENCIA N 03 UNIDAD: LABORATORIO DECOMPORTAMIENTO MECNICO DE SLIDOS CARRERA:INGENIERA CIVIL METALRGICA TEMA:DETERMINACINDELASCONSTANTESELSTICASPOR ULTRASONIDO 1.-Introduccin Lainspeccinultrasnicaesunmtodonodestructivoenelcualhacesdeondas acsticasdealtafrecuencia,sonintroducidosenmaterialesparaladeterminacinde constanteselsticas,estructura,tamaodegrano,deteccindegrietassuperficialeso internas, determinacin de espesores e incluso extensin de la corrosin. Las principales ventajas de la inspeccin ultrasnica con respecto a otros ensayos no destructivos para la inspeccin de materiales son:(a)gran poder de penetracin que va desde los milmetros hasta 6 m en algunos casos; (b)alta sensibilidad que permite la determinacin de constantes elsticas; (c) deteccin de pequeas grietas; (d)gran precisin en determinar la posicin de grietas internas; (e) posibilidad de estimar el tamao y forma de las grietas; (f) necesidad slo de una superficie para estudiar el material; (g) posibilidaddeoperacinelectrnicaquepermiteinformacininstantnea, automatizacin y procesos de control;(h)posibilidad de aplicacin en terreno1.1 Caractersticas Generales de Ondas Ultrasnicas. Las ondas ultrasnicas son ondas mecnicas (a diferencia, por ejemplo, de rayos X, que son ondas electromagnticas) que consisten de oscilaciones o vibraciones de partculas atmicasomolecularesdeunmaterialentornoasusposicionesdeequilibrio.Lasondas ultrasnicas se comportan de la misma forma que las ondas acsticas audibles. Ellas pueden propagarse en un medio elstico que puede ser slido, lquido o gas, pero no en el vaco. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.15 En muchos aspectos, un haz ultrasnico es similar a un haz de luz: ambos son ondas queobedecenaunaecuacingeneraldeondas.Cadaunoviajaaunavelocidad caractersticaenunmediohomogneoqueescaractersticadelmedioynodelas propiedadesdelaonda.Loshacesultrasnicospuedenserreflejadosdesdesuperficies, refractados cuando cruzan un borde entre dos materiales que tienen diferentes velocidades caractersticas, y difractados por pequeos bordes u obstculos. Las magnitudes fsicas que caracterizan a una onda mecnica son: a)PeriodoT:Tiempoenquecadapartculaefectaunaoscilacincompleta.Semideen [s]. b) Frecuencia f: Nmero de vibraciones u oscilaciones en la unidad de tiempo. Se mide en [Hz]. c) Longitud de onda : Distancia que se propaga la onda durante un periodo. [m] d) Amplitud de onda A: Mayor desplazamiento de las partculas en torno a sus posiciones de equilibrio. Laamplitudyenergadelasondasacsticasenunmedioelsticodependendela cantidad de energa aplicada. La velocidad y atenuacin (prdida de amplitud y energa) de las ondas acsticas dependen de las propiedades del medio en el cual ellas se propagan. 1.2 Propagacin de la Onda. Cuando las partculas atmicas o moleculares de un medio material son desplazadas desdesuposicindeequilibrioporunafuerzaaplicada,aparecenesfuerzosinternosque actanyrestituyenalaspartculasensuposicindeequilibrio.Debidoalasfuerzas internasentrepartculasadyacentesdelmaterial,undesplazamientoenunpuntoinduce desplazamientosenpuntosvecinosystos,asuvez,enotros,propagndoseunaondade esfuerzodeformacin.Eldesplazamientodemateriaqueocurreporondasultrasnicases extremadamentepequeo.Laamplitud,mododevibracin,yvelocidaddelasondas difieren en slidos, lquidos y gases debido a la gran diferencia en la distancia media entre las partculas que los forman. La relacin entre velocidad, frecuencia y longitud de onda es: f V =( 1 ) Sobrelabasedelmododedesplazamiento,lasondasultrasnicasseclasificanen ondas longitudinales, transversales, superficiales y de Lamb. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.16 1.2.1 Ondas Longitudinales. Se caracterizan por el desplazamiento paralelo de las partculas con la direccin de propagacin de la onda. Tambin son llamadas ondas de compresin y son las ms usadas enlainspeccinultrasnicademateriales.Lavelocidaddeondasultrasnicas longitudinales en acero es cerca de 6000 m/s, en agua es cerca de 1500 m/s y en aire, cerca de 330 m/s. 1.2.2 Ondas Transversales. En este caso, el desplazamiento de las partculas es perpendicular a la direccin de propagacindelaonda.Tambinsonampliamenteusadasenlacaracterizacinde materiales. Estas ondas no se pueden propagar por aire ni por lquidos, a menos que tengan una alta viscosidad. La velocidad de ondas transversales en slidos es aproximadamente la mitad de la velocidad de ondas longitudinales. 1.2.3 Ondas Superficiales (Ondas de Rayleigh). Estasondasviajanalolargodesuperficiesplanasocurvasdepartesslidas gruesas.Paralapropagacindeondasdeestetipo,laondadebeviajaralolargodeuna interfase limitada en un lado por las fuertes fuerzas elsticas de un slido y por el otro, por fuerzaselsticasdespreciablesentremolculasdegas.Lavelocidaddepropagacin corresponde al 90% de la velocidad de ondas transversales en el mismo material. En estas ondas, las oscilaciones de las partculas siguen una rbita elptica, siendo sta perpendicular a la superficie. 1.2.4 Ondas de Lamb. Estas ondas se propagan en placas con un espesor de unas pocas longitudes de onda. Lapropagacindeestasondasdependedeladensidad,propiedadeselsticasyestructura delmaterialascomotambindesuespesor.LasondasdeLambpuedensersimtricaso antisimtricas,dependiendosielmovimientodelapartculaessimtricooantisimtrico con respecto al eje neutral del material a prueba. 1.3 Principales Variables en la Inspeccin Ultrasnica. Lasprincipalesvariablesquedebenserconsideradaseninspeccinultrasnica incluyenlascaractersticasdelasondasdeultrasonidoylascaractersticasdelmateriala analizar. Frecuencia:Sedebehaceruncompromisoentrelosefectosfavorablesyadversospara alcanzar un ptimo. Por ejemplo, la sensibilidad, o la habilidad de un sistema para detectar muypequeasdiscontinuidades,esincrementadaconelusodealtasfrecuencias.La resolucintambinesincrementadaconelusodealtasfrecuencias.Sinembargo,la Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.17 penetracin del haz es reducida con el aumento de la frecuencia. Este efecto es ms fuerte en metales con gran tamao de grano debido al scattering que se produce. Impedancia Acstica: Cuando un haz es transmitido de un medio a otro, parte de la energa es reflejada y otra parte es transmitida al segundo medio. La caracterstica que determina la cantidad de reflexin es la impedancia acstica de los dos materiales en ambos lados de la interfase.Silasimpedanciassoniguales,entoncesnohabrreflexin;ysisonmuy diferentes, se producir reflexin casi total, como en el caso de metal y aire. La impedancia acsticaparaunaondalongitudinalZ,dadaengramosporsegundocentmetrocuadrado, estdefinidacomoelproductodeladensidaddelmaterialylavelocidaddelaonda longitudinal:

LV Z =( 2) Laspropiedadesacsticasdemetalesyaleacionessoninfluenciadasporlas variaciones en estructura y condiciones metalrgicas. AngulodeIncidencia:Cuandoelhazincidenteesnormalalainterfase,elngulode incidenciaesde0,ynoseproduceuncambioenladireccindelhaz.Acualquierotro ngulodeincidencia,elfenmenodemododeconversinyrefraccindebeser considerado. La ley general que describe el comportamiento de la onda en la interfase es la Ley de Snell. Intensidad del Haz: La intensidad del haz ultrasnico est relacionado con la amplitud de la vibracindelaspartculas.Presinacsticaeseltrminomsempleadoparadenotarla amplituddeesfuerzosalternosejercidosenunmaterialporlapropagacindeunaonda ultrasnica. La presin acstica es directamente proporcional al producto de la impedancia acsticaylaamplituddevibracin,ysucuadradodeterminalacantidaddeenergaenla onda (potencia acstica). Debido al equipamiento electrnico de amplificacin perifrico al anlisisdelmaterial,laamplituddesplegadaenelosciloscopioesproporcionalalaintensidad real del haz. 1.4 Atenuacin de Haces Ultrasnicos. Laintensidaddeunhazultrasnicoqueesrecibidaporuntransductores considerablementemenorquelaintensidaddelatransmisininicial.Losfactoresque producenesteefectopuedenserclasificadoscomoprdidasportransmisin,efectosde interferencia y extensin del haz. Lasprdidasportransmisinincluyenabsorcin,scattering,yefectosdela impedancia acstica en la interfase. Los efectos de interferencia incluyen difraccin y otros efectos que crean ecos de la onda, cambios de fase o cambios de frecuencia. La extensin Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.18 delhazinvolucraprincipalmenteunatransicindesdeondaplanaaotrotipodeonda esfrica o cilndrica, dependiendo de la forma del frente del transductor. 1.5 Mtodos Bsicos de Inspeccin Ultrasnica. Losdosprincipalesmtodosdeinspeccinsonelmtododetransmisinyel mtodo de pulso-eco. La principal diferencia entre estos dos mtodos es que el mtodo de transmisin involucra slo la medida de la atenuacin de la seal, mientras que el mtodo depulsoecopuedeserusadoparamedireltiempodepropagacindelasealporla muestra con mayor precisin adems de la atenuacin. 1.5.1 Mtodo de Pulso-Eco. Este mtodo involucra la deteccin de ecos producidos cuando un pulso ultrasnico es reflejado desde una discontinuidad o interfase de una muestra. Este mtodo es utilizado paralalocalizacindegrietasymedidasdeespesor.Laprofundidaddelagrietaes determinadaapartirdetiempodevueloentreelpulsoinicialyelecoproducidoporla grieta. Tambin podra ser determinada por el tiempo relativo entre el eco producido por la grietayelecoproducidoporlasuperficieposteriordelamuestra.Lostamaosdelas grietas son estimados comparando las amplitudes de la seal de la onda reflejada desde una interfaseconlaamplituddelaondareflejadadesdeunreflectordereferenciadetamao conocido. Generalmente,unsistemapulso-ecofuncionacomosigue.Enungeneradorde sealesseseleccionaelmodopulso,laamplituddelasealelctrica,eltiempoentre pulsos,elnmerodeciclosylafrecuenciacentraldelpulso(unpulsotipodeltadeDirac contiene todas las frecuencias). Adems, se debe sincronizar la emisin de la seal elctrica del generador con la partida del osciloscopio (trigger). Entonces, el transductor convierte el pulsodevoltajeenvibracinmecnicateniendoesencialmentelamismafrecuencia impuestaenelpulso.Lavibracinmecnicaesaplicadasobreelmaterialdepruebaa travs de un medio acoplador (vaselina, aceite) y la onda se propaga por el material con la velocidad caracterstica de ste. Cuando esta onda encuentra una discontinuidad, la energa ultrasnica es reflejada y retorna al transductor que convierte la vibracin mecnica en una seal elctrica alterna. Esta seal es amplificada y desplegada en el osciloscopio. Lainspeccinporpulso-ecopuedeserejecutadaconondaslongitudinales, transversales, de superficie u ondas de Lamb. 1.5.2 Mtodo de Transmisin. Sin considerar si la prueba de transmisin ultrasnica es hecha con haces directos o reflejados,lasdiscontinuidadessondetectadascomparandolaintensidaddelultrasonido transmitidoatravsdelamuestraconlaintensidadtransmitidaatravs deunareferencia Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.19 estndarhechadelmismomaterial.Estatcnicarequieredostransductores:unoemisory otroreceptor.Paraoptimizarelacoplamientodelostransductoresylamuestra,es recomendable, si se puede, sumergir el sistema en agua. Esto tiene un gran efecto porque el acoplamiento influye en la intensidad de las medidas. Adiferenciadelmtododepulso eco,es el transductorreceptorquien convierte la vibracin mecnica en seal elctrica, que es amplificada y desplegada en el osciloscopio. 2.-Objetivos de la experiencia Medirlasvelocidadesdepropagacindeondaslongitudinalesytransversales mediantepulso-ecoytransmisin,enmuestrascilndricasdediferentesmetalesy aleaciones. Comparar estas mediciones con las encontradas en la literatura. Determinarlasconstanteselsticasdelosmaterialesensayadosapartirdelas siguientes relaciones: ( )( )( ) 2 121 2 3222 3 2=+= + =+=++=+= =GEG G KG GG GEGVEVT L ( 3 ) en queE: mdulo de Young G: mdulo de cizalle (= ) : constante de Lam : razn de Poisson K: mdulo bulk : densidad del material (conocida) Comparar estos resultados con los tabulados en la literatura. 3.-Metodologa Se realizarn todas las conexiones que sean necesarias para armar el montaje, segn la disposicin del laboratorio o de la persona que est a cargo. Las muestras cilndricas se ubicarnalineadamenteenunporta-muestraespecialmentediseadoparaelmtodode transmisin,queincluyetambinlosporta-transductores.Seseleccionalafrecuencia, amplitud y nmero de ciclos del pulso segn mejor se obtenga la seal en el osciloscopio. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.20 Con este instrumento se mide la diferencia de tiempo de las seales emitida y recibida. En cuantoalmtododepulso-eco,seutilizarslountransductorylamuestra,detalforma que sea el mismo transductor quien reciba la seal de eco. Se mide el tiempo nuevamentecon el osciloscopio considerando que la seal ha viajado dos veces por la muestra. 4.-Materiales e instrumentos Generadordesealesde50MHzHP8116A.OsciloscopioTektronic.Equipode ensayosnodestructivosdellaboratorio.Puentedediodos.Transductoresultrasnicosde diseopropiodellaboratoriode1,2y3MHz.Cablescoaxialesdeseal.Portamuestra. Muestrascilndricasdealuminio,acerosylatn,dedimetro12mmylongitudvariable. Aceite o vaselina como acopladores. 5.-Cuestionario Temas adyacentes de investigacin 1.- Efecto Piezoelctrico. 2.- Cmo funciona un transductor? 3.- Fenmenos de Resonancia. 4.- Mtodos de Onda Estacionaria. 5.- Transformada de Fourier y Espectro de una Seal 6.- Por qu a altas frecuencias el haz ultrasnico penetra menos en un material?7.- Qu significa que un material sea Dispersivo? 8.- En qu unidades se mide la Atenuacin? NOTA:Antesdeentrarallaboratorioseharunbrevecontrolenelqueseharn4 preguntas escogidas al azar del cuestionario 6.-Informe El informe se estructurara en base a los siguientes puntos: 6.1.- Introduccin 6.2.- Base terica (hacer un resumen de no ms de tres hojas de los aspectos ms relevantes de lo que se haya ledo sobre el tema de acuerdo a la bibliografa recomendada). 6.3.-Montajeexperimental(describirmquinasusadas,probetasensayadasetc).Dos paginas como mximo. 6.4.- Resultados (poner los resultados obtenidos, sin discutirlos). Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.21 6.5.-Discusinyanlisisderesultados(analizarlosresultadoscomentaraspectos relevantes y en general poner las ideas que vayan aflorando sin autocensura; es la parte ms importante del informe). 6.6.- Conclusiones (relacionar con los objetivos de la experiencia). 6.7.- Bibliografa. 7.-Referencias: 7.1- ASM Handbook, 9a Edicin. Metals Handbook. Vol. 17. p 231-277. 7.2- Sound Waves in Solids. H.F.Pollard. Pion Limited. 1977. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.22 EXPERIENCIA N 1 UNIDAD:LABORATORIO DE METALURGIA MECNICA CARRERA:INGENIERA CIVIL METALRGICA TEMA: EL ENSAYO DE ANISOTROPA 1.- Introduccin La anisotropa es una propiedad clave en los procesos de fabricacin que involucran conformado, sobre todo en el caso de los materiales planos. En efecto, se sabe que durante elprocesodeembuticin,porejemplo,esvitalqueelmaterialsecomporte anisotrpicamente, es decir, tenga propiedades diferentes en cada direccin (normal versus planar). Se sabe adems que esto est relacionado con altos valores de r. Por otro lado, para impedir la formacin de orejas es necesario una gran isotropa plana (valor de r cercano a cero).Porestarazn,ladeterminacinderyrconstituyeunaprcticacomnenlas operaciones industriales. 2.-Objetivos de la experiencia a)Elobjetivodeestaexperienciaesdeterminarlaanisotropanormalyplanaen chapas de acero. 3.-Metodologa Semarcarnymedirn20mmalrededordelcentrodelaprobeta(haciaarribay hacia abajo del centro). Se medir el ancho inicial de la probeta. Se traccionar hasta un 20 %dedeformacinenlamquinadetraccin.Sedesmontarlaprobetaysemedirnel ancho final y la distancia entre marcas. El valor de r se determinar a partir de la ecuacin: rwwl wl wff f=|\

|.||\

|.|lnln00 0 (1) en que w0 y wf son los anchos inicial y final respectivamente l0 y lf son los largos (distancia entre marcas) inicial y final respectivamente Se contar con probetas orientadas a 0, 45 y 90 de la direccin de laminacin. Por tanto los valores medios de r y r se calculan a partir de: Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.23 rr r r=+ +0 45 9024(2) rr r r= +0 45 9022(3) en que r0, r45 y r90 corresponden a la anisotropa normal medida a 0, 45 y 90 de la direccin de laminacin respectivamente. 4.-Materiales e instrumentos MaquinadetraccinTinius&Olsen,extensmetro,diskettes,piedemetro, micrmetro. Materiales: acero 1010, plano. 5.-Cuestionario (Al entrar al laboratorio debern entregarse respondidas las siguientes preguntas). 1.- Deduccin de la ecuacin (1). 2.- Relacin entre el ndice de anisotropa normal y las texturas. 3.- Relacin entre el ndice de anisotropa y la embutibilidad. 4.- Relacin entre el ndice de anisotropa plano y la formacin de orejas. 5.- Cmo se determina el porcentaje de deformacin aplicado en la determinacin de r? 6.- Qu es un material ortotrpico? 7.- Variacin de r con el tamao de grano en aceros recocidos. 8.- Definicin del Limit Drawing Ratio (LDR). 9.- Relacin del LDR con el ndice r. NOTA:Antesdeentrarallaboratorio sehar unbrevecontrolenel que sepreguntarn4 preguntas escogidas al azar del cuestionario 6.-Informe El informe se estructurara en base a los siguientes puntos: 6.1.- Introduccin 6.2.- Base terica (hacer un resumen de no ms de tres hojas de los aspectos ms relevantes de lo que se haya ledo sobre el tema de acuerdo a la bibliografa recomendada). 6.3.-Montajeexperimental(describirmquinasusadas,probetasensayadasetc).Dos paginas como mximo. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.24 6.4.- Resultados (poner los resultados obtenidos, sin discutirlos). 6.5.-Discusinyanlisisderesultados(analizarlosresultadoscomentaraspectos relevantes y en general poner las ideas que vayan aflorando sin autocensura; es la parte ms importante del informe). 6.6.- Conclusiones (relacionar con los objetivos de la experiencia). 6.7.- Bibliografa. 7.-Referencias: 7.1- Norma ASTM E-517 7.2- Apuntes del curso de Metalurgia Mecnica 7.3.- G. Dieter, Metalurgia Mecnica Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.25 EXPERIENCIA N 2 UNIDAD:LABORATORIO DE METALURGIA MECNICA CARRERA:INGENIERA CIVIL METALRGICA TEMA: EL ENSAYODE EMBUTICIN PROFUNDA 1.-Introduccin Laembuticinesunaoperacindeconformacinplstica,mediantelacualse transformaunachapametlicaenuncuerpohueco,comoporejemplo:envasespara alimentos o vainas de municiones.Elempleodeunmaterialdecomportamientoanisotrpico,esdecir,quetenga propiedadesdiferentesencadadireccin(normalversusplanar),facilitarealizarla operacindeembutido.Porotrolado,undefectodelmaterialeslaformacindeorejas duranteelembutido,controlndoseaquellamediantelaisotropaplanar,quetambines propiedad del material. En el proceso de embuticin, la chapa experimenta una transformacin a una pieza cilndrica.EldiscoinicialdedimetroDyespesore,setransformaenuncuerpode dimetro d1,espesor promedio e y altura h, como se muestra en la figura. Enelbordedeldiscoinicialseproducenesfuerzostangencialesdecompresiny ocasionan la formacin de pliegues o arrugas, los cuales son indeseables en el proceso por cuantounavezproducidosesmuydifcileliminarlos.Paraevitaresteproblemaseutiliza un anillo prensachapas.Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.26 Existenvariadosfactoresquegobiernanelprocesodeembuticin,entreellos:la embutibilidad(parmetroLDR),lapresindelanilloprensachapas,latoleranciaentreel punznylamatrizdeembutido,radiodelosperfilesdebordedelamatriz ydelpunzn,lubricacin de las superficies en contacto y en menor grado la velocidad de embutido como factoresprincipales.Todosellosestnrelacionadosporcuantounodependedeotro,por ejemplo,sivaraelparmetroLDR,varatericamentelapresindelanilloprensachapas para evitar la formacin de arrugas. Paraproducirunapiezaquecumplaaltosrequerimientosyquenopresentealgunos de los varios tipos de defectos de embutido profundo, la pieza y el diseo de herramientas debeajustarseaunnmeroderestriccionesgeomtricas.Frecuentemente,pequeos cambios en las dimensiones de la pieza y herramientas sern suficientes para eliminar serias dificultades de produccin.2.-Objetivos de la experiencia El objetivo de esta experiencia es obtener una pieza embutida satisfactoriamente, es decir,transformarcompletamenteundiscoinicialenunapiezacilndricaatravsdela operacin de conformado plstico, controlando las variables del proceso a modo de evitar o minimizarlaproduccindearrugasenlapiezafinalyeladelgazamientoexcesivodel material. Adems se desea determinar el valor del LDR (limit drawing ratio). 3.-Metodologa Se montarn las piezas necesarias para el ensayo, ajustando el punzn a la cavidad delamatriz.Seubicareldiscoinicialaembutir(cortadopreviamentecontijerasalas dimensiones que se desprenden de los datos al final de este tem) en la base de la estructura, centrndoloaellamediantealgnmtodo(porejemploconunaplantilla).Seprocedera lubricar las superficies necesarias y a fijar el disco inicial mediante el anillo prensachapas, utilizandounapresinestimadadeacuerdoalasdimensionesdeldiscoutilizado.Se realizarlaoperacindeembutidoconlaayudadelamquinadetraccin-compresin hastaobtenerlacopaembutida.Seanalizarlainfluenciadelasvariablesinicialesenla piezaformada(dimetrodeldiscoinicial,presindelprensachapas,lubricacin).Se medirn espesores en distintas zonas de la copa para analizar el efecto del adelgazamiento de las paredes de esta. Finalmente se calcular el LDR. La tolerancia entre la matriz y el punzn es: T= 0.5*(d-d1)-e Donde,d es el dimetro de la embocadura o perfil de borde de la matriz d1 es el dimetro delperfil de borde del punzn Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.27 e es el espesor del disco inicial. 4.-Materiales e instrumentos Maquina de traccin Tinius&Olsen, estructura diseada para el ensayo de embutido,lminasdeacerobajocarbonoparaembutir,lubricante,diskettes,piedemetro, micrmetro. 5.-Cuestionario (Al entrar al laboratorio debern entregarse respondidas las siguientes preguntas). 1.Definicin del Limit Drawing Ratio (LDR), terica y matemtica. 2.Relacin entre el ndice de anisotropa plano y la formacin de orejas. 3.Nombrarlosestadosdeesfuerzosalosqueestsometidoelmaterialduranteel proceso de embuticin por efecto del punzn y la matriz. 4.Realizar un perfil de la variacin del espesor de la copa embutida. 5.Predeciryexplicarelcomportamientodelacurvafuerzatotaldelpunznversus carrera del punzn al interior de la pieza embutida. 6.Culeslainfluenciadelradiodecurvaturadelperfildebordedelamatrizydel punzn en la operacin de embutido?. 7.Cul es la importancia de la lubricacin en el ensayo? En que superficies se aplica y por qu?. NOTA:Antesdeentrarallaboratorioseharunbrevecontrolenelqueseharn4 preguntas escogidas al azar del cuestionario 6.Informe El informe se estructurara en base a los siguientes puntos: 6.1. Introduccin 6.2. Baseterica(hacerunresumendenomsdetreshojasdelosaspectosms relevantesdeloquesehayaledosobreeltemadeacuerdoalabibliografa recomendada). 6.3. Montajeexperimental(describirmquinasusadas,probetasensayadasetc).Dos paginas como mximo. 6.4. Resultados (poner los resultados obtenidos, sin discutirlos). Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.28 6.5. Discusinyanlisisderesultados(analizarlosresultadoscomentaraspectos relevantes y en general poner las ideasque vayan aflorandosin autocensura;es la parte ms importante del informe). 6.6. Conclusiones (relacionar con los objetivos de la experiencia). 6.7. Bibliografa. 7.Referencias: 7.1. Apuntes del curso de Metalurgia Mecnica 7.2. G. Dieter, Metalurgia Mecnica 7.3. G. Sachs, Principles and Methods of sheet-metal fabricating. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.29 EXPERIENCIA N 3 UNIDAD:LABORATORIO DE METALURGIA MECNICA CARRERA:INGENIERA CIVIL METALRGICA TEMA: CURVA DE PARIS 1.-Introduccin EnlaMecnicadelaFracturaelasto-plstica,seadmitequelosmaterialesson capacesdeposeergrietascapacesdecreceryaseademaneraestable,obien, inestablemente.Ambassituaciones,quedancompletamentedescritasenelcontextodela Mecnica Lineal de la Fractura porel concepto de factor crtico de intensidad de tensiones KIC, parmetro que es una propiedad del material, en tanto las condiciones que prevalezcan enelprocesoseandedeformacinplana.Deacuerdoalatensinremotaaplicada,,es posible predecir la longitud crtica de grieta ac, la mayor grieta que puede existir de manera estable en un material, a travs de la ecuacin: 21||.|

\|= ICcKa enqueesunafuncindeforma.Cuandolasgrietaspresentesenunmaterialalcanzan estetamaocrtico,elcrecimientodelasmismassetornainestable,creciendodentrodel materialavelocidadesdevariosmetrosporsegundo.Enesteltimocasosehablade fracturacatastrfica.Paramaterialesconaltatenacidadalafractura(altovalordeKICy bajo valor del lmite elstico), es posible que un gran nmero de grietas de tamao inferior alcriticoexistanestablementedentrodelmaterial.Lavelocidaddecrecimientodeestas grietas queda determinado por la ecuacin de Paris mK AdNda = enqueda/dNeslarazndecrecimientodelagrieta(m/ciclo),Aymsonconstantes propias de cada material ya K = , en que nuevamente es una funcin de forma. En la curvade Paris , Figura 1 , se aprecian claramente tres zonas, las que difieren entre ellas en Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.30 la velocidad de crecimiento de la grieta, caracterstica propia de cada material. A.VELOCIDAD DE AVANCE DE GRIETA. La velocidad de avance de grieta puede determinarse a partir de: 11=n nn nN Na aNadNda en que a es la longitud de grieta y N el nmero de ciclos medidos para llegar a esa longitud degrieta ysemideenm/ciclo.Elsubndicen indicalasituacinenuninstantedado(en trmino de nmero de ciclos) y el subndice n-1 indica una situacin anterior. B.CLCULO DE FACTOR DE INTENSIDAD DE ESFUERZOS. ParalasprobetasC-TelclculodelfactordeintensidaddeesfuerzosKse realiza mediante la siguiente ecuacin : ( )( ) ( )4 3 2236 . 5 72 . 14 32 . 13 64 . 4 866 . 012 + ++ = W BPKecuacin en la cual se deben tener las siguientes consideraciones: Wa= , donde 0.2 mn mxP P P = , para un R > 0 Bes el espesor de la probeta Log(K)Rotura Log(da/dN) da/dN=A*KmIII IIIFigura 1. Curva de Paris Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.31 W es el ancho de la probeta a es la longitud de grieta Pmx y Pmn son la carga mxima y mnima respectivamente Las unidades en que se expresa el factor de intensidad de esfuerzos sonm Pa . C.RAZN DE CARGA Larazndecarga(R),sedefinecomoelcuocienteentrelacargamnimay mxima y se expresa de la siguiente manera: mxmnPPR = Los resultados obtenidos se representan en diagramas da/dN v/sK que tambin se denominan curva de Paris. En el eje de las abscisas se grafica el factor de intensidad de esfuerzos y en el eje de las ordenadas la velocidad de crecimiento de grieta. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.32 D.GEOMETRA DE LA PROBETA LaprobetaC-Ttienelasdimensionesdelafigura2,[3].Lasdimensionesse encuentran en milmetros y su geometra depender del propsito del ensayo. I.Equipo de fatiga Rumul Esteequipoestadiseadoparaproducirresonanciadeprobetasutilizandoun movimiento amplificado de un sistema masa-resorte-probeta. Medianteuncampoelectromagnticoproducidoporunelectroimnseimpulsa intermitentementeunsistemacompuestoporunamasaensuncleoydosresortesasu alrededor.Estavibracinproducidaestrasmitidaaunconjuntodemordazaslascuales sostienen la probeta. Se entiende que el sistema es forzado a vibrar por la masa que se decide utilizar, entendindose que la masa es intercambiable. Existen cuatro masas distintas, debido a esto es que la frecuencia de resonanciaalcanzada depender de la geometra y del material que seesteutilizando.Esporestoqueprobetasdelamismageometra,perodedistinto material vibran establemente de modos diferentes. La capacidad de la celda de carga en tensin o compresin es de 20 kN. Su carga esttica mxima flucta entre -20 kN (compresin) y 20 kN (traccin). Su carga dinmica flucta entre 10 kN y 10 kN.Lascualidadesdeesteequiposonque:hacevibrarunaprobetaparaagrietarlao haceravanzarunafisurayaexistenteyrealizaensayosdetenacidadalafractura, incrementando la carga hasta la rotura. W a Bd 0.6W anFigura 2. Dimensiones de la probeta C-T.Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.33 2.-Objetivos de la experiencia a)Investigacin de la ecuacin de Paris para aleaciones de aluminio 2024-T3. b)Conocer el principio y funcionamiento de la maquina de fatiga resonante. c)Determinar la curva de Paris para 3 razones de carga distintas . d)Determinar la influencia de la carga aplicada en la velocidad de crecimiento de grieta. e)Determinar la influencia de la direccin de laminado del material en la curva de Paris para una misma razn de carga. 3.-Procedimiento para un adecuado uso del equipo. El equipo Rumul esta compuesto por tres partes fundamentales: Maquina de resonancia: es dondese ubica la probeta y se acta sobre ella mediante cargas estticas ydinmicas.Poseeunjuegodemasaintercambiablesparavariasfrecuenciasde ciclado. Interfasedecontrol:Essimplementeelcontrol.Desdeaquseenciendeelequipo, incluyendo el PC. La adquisicin de datos debe establecerse con la pulsacin de I/O Computadorpersonal:medianteelcualseposicionanlasmordazasquetomanlasprobetas.Aqusepuedeseleccionareltipodeensayoquesedesearealizar,(Optimizing, set up, Fatigue crack growth, Precracking, KIC test). Tambin se pueden ingresar valores de cargas o deformaciones, tanto estticas como dinmicas. Uncriteriofundamentalarespectarparanodaarelequipoescontrolarla potenciaquesehadeconsumirensuoperacin.Estanodebersobrepasarel20%para condicionessuavesderesonancia,delocontrariosedebedetenerelfuncionamientodel equipo. La potencia se puede monitorear en la set up.PROCEDIMIENTO PARA LA PUESTA EN FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO A.Energizar: Se deben subir los interruptores de los automticos. B.Verificar en el control que el pulsador rojo pequeo de parada de emergencia este en posicin de funcionamiento, girndolo en sentidohorario y tirndolo hacia fuera. C.Gira perilla roja grande en la parte inferior del control. D.EncenderdesdelebotnqueindicaPC,bajolatapadeplsticotransparenteque posee cerradura. En ese momento debe iluminarse el monitor y aparecer un mensaje. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.34 E.Para confirmar el siguiente paso, aceptar con el ratn o pulsar enter. Esto har que se emita una seal sonora que pide conectar la adquisicin de datos del control, para ellosedebeteneroprimidoelpulsadorI/Oporeltiemponecesarioparaque alcanceunrgimenestableelsonidodelosventiladoresqueeneseinstantese activan (15 s aprox.). Solo ahora se estar en el men principal y en condiciones de entrar a los programas Rumul. 4.- Desarrollo experimental Preparacin de las probetas Las probetas deben ser previamente pulidas con lija al agua 600, con el objeto de facilitarlavisualizacindelainiciacinypropagacindelagrieta.Elpulidodebe realizarse de tal manera que la direccin del lijado debe ser perpendicular a la direccin del preagrietado. Enla probetasedeben trazar20lneasperpendicularesal preagrietado, conuna distanciade1mmdeespaciadoacontardelapuntadelpreagrietado.Sedebetrabajarconabsolutaprolijidad,debidoaqueunamalarealizacinpuedealterarlosresultados. Cada2mmsedebenenumerarlaslneas,conelpropsitofacilitarlamedicin.Sedebe tener en cuenta que se asume como ya conocida la geometra de las probetas[3] Montaje de las probetas Una vez estando en la set up, se debe ingresar a laopcin CROSSHD, donde se ajusta la posicin de las mordazas. Sedebecolocarunpasador1,posteriormentecorrigiendolaposicindela probeta se coloca el 2 pasador. Se debe verificar que la probeta se encuentre centrada respecto al pasador. Puesta en marcha Una vez determinadas las cargas a las cuales ser expuesta la probeta, se procede a ingresar los valores, ya sea carga esttica como dinmica. Severificaqueelcontadordeciclosseencuentreenceroysemonitoreala potencia de trabajo del equipo. Obtencin de datos Se toma nota del nmero de ciclos en el cual se inicia la grieta. Posteriormente, se realizalomismomilmetroamilmetrohastalaroturadelaprobeta(siempre monitoreando la potencia para evitar que esta sobrepase 20%) Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.35 5.-Materiales e instrumentos Maquina de fatiga resonante RUMUL, diskettes, pie de metro, micrmetro. Materiales: aleaciones de aluminio 2024-T3. 6.-Informe El informe se estructurara en base a los siguientes puntos: 6.1. Introduccin 6.2. Baseterica(hacerunresumendenomsdetreshojasdelosaspectosms relevantesdeloquesehayaledosobreeltemadeacuerdoalabibliografa recomendada). 6.3. Montajeexperimental(describirmquinasusadas,probetasensayadasetc).Dos paginas como mximo. 6.4. Resultados (poner los resultados obtenidos, sin discutirlos). 6.5. Discusinyanlisisderesultados(analizarlosresultadoscomentaraspectos relevantes y en general poner las ideas que vayan aflorando sin autocensura; es la parte ms importante del informe). 6.6. Conclusiones (relacionar con los objetivos de la experiencia). 6.7. Bibliografa. 7.Referencias: 7.1 Apuntes del curso de Metalurgia Mecnica 7.2 G. Dieter, Metalurgia Mecnica 7.3 G. Sachs, Principles and Methods of sheet-metal fabricating. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.36 EXPERIENCIA N 4 UNIDAD:LABORATORIO DE METALURGIA MECNICA CARRERA:INGENIERA CIVIL METALRGICA TEMA:DETERMINACINDELKICUTILIZANDOPROBETASDEFLEXIN CON CARGA EN TRES PUNTOS,SEGN NORMAASTM E399 1.-Introduccin LaresistenciaalafracturaotenacidadK,constituyeelconceptobsicodela mecnica de la fractura y el ICKla medida de tenacidad crticade un material. La norma ASTME399planteaunmtododemedidade ICK ,laqueesactualmentedeaceptacin general. Las condiciones del ensayo se plantean en un ambiente neutral y con la presencia deunagrietaagudaenlaprobeta,lacualessometidaaunafuerzatensoraintensa.El estadodetensincercadelfrentedelagrietaseencuentraenunacondicinde deformacinplanaylareginplsticaubicadaenlapuntadelagrieta,espequea comparada con su tamao y la dimensin de la probeta en la direccin de aplicacin de la fuerza. Parapoderefectuarelensayo,esnecesariocontarconelutillajeaceptadoporla norma, yla mquina para fatiga y carga que se efectuar a la probeta.2.-Objetivos de la experiencia ObjetivoGeneral Determinarel KICdeunmaterial,deacuerdoalascondicionesestablecidasporla normaASTME399-83paraprobetasdeflexinconcargaentrespuntos.Estopermitir conocerlautilizacindelutillajecorrespondiente,implementacindelensayoyetapas involucradas. Objetivos Especficos Conocerlautilizacindelutillajecorrespondiente,implementacindelensayoy etapas involucradas. 3.-Procedimiento experimental LasmquinasutilizadasparadesarrollarelensayosonlaMquinadeFatiga RUMULyMquinadeTraccinCompresinTINIUSOLSEN.Laexperienciase desarrollar en 3 pasos: mecanizado, fatiga y carga de probetas. Gua de laboratorios de Propiedades Mecnicas Departamento de Ingeniera Metalrgica USACH.A. Monsalve G.37 3.1Primer paso metodolgico: mecanizado de probetas A)Dimensionamiento y configuracin de probetas. LosparmetrosB,WySsonlosvaloresdeespesor,altoylongitudentre apoyosdelaprobetarespectivamente(figura1).Estosvaloresseencuentranporla aplicacin de la ecuaciones 1, 2 y 3, funcin del ICKy % 2 . 0del material a ensayar, donde el KIC debe ser registrado en datos experimentales obtenidos anteriormente en referencia. 2% 2 . 0* 5 . 2((

ICKB(ec. 1) B W 2 = (ec. 2) B W S 8 4 = = (ec. 3) donde: B: Espesor mnimo de la probeta de flexin. W : Altura de la probeta. S : Largo entre apoyos de la probeta (entre rodillos). W0.005WB=W/20.010S=4W2.1W(min.) 2.1W(min.)P2P2Pa Figura 1: Medidas principales de la probeta de flexin: B , W y S . D representa la medida del dimetro de los rodillos de apoyo de la probeta, restringidos por la condicin sealada en el esquema. (Fuente: ASTM E 399-83) B) Configuracin de la entalla de la probeta y largo de grieta permitido Laentallaenv(fig.2)seubicaalamitaddellargodelaprobeta.Elvalordela longituddelagrieta a (medidadesdeelcomienzodelaentalla),debeser aproximadamente igual al espesor B de la probeta (0.45W