Ensayo de torsión
Páginas: 10 (2254 palabras)
Publicado: 16 de noviembre de 2010
ENSAYO DE TORSION
Resumen:
El presente trabajo muestra una síntesis y un análisis de los resultados obtenidos en un ensayo de torsión realizado en una probeta normalizada de Acero 12L14. Contiene las diferentes características de la prueba, una pequeña explicación teórica, descripción de las propiedades del material usado, expectativas de la prueba, resultados esperados, y resultadosobtenidos.
1 INTRODUCCIÓN
El ensayo de torsión consiste en aplicar un par torsor a una probeta por medio de un dispositivo de carga y medir el ángulo de torsión resultante en el extremo de la probeta. Este ensayo nos permitirá conocer ciertas propiedades del material del cual este hecho la probeta, el cual será el principal objetivo de esta prueba.
2 MARCO TEÓRICO
2.1 ENSAYO DE TORSIÓN
Elensayo de torsión es Método para determinar el comportamiento de materiales sometidos a cargas de giro. Los datos del ensayo de torsión se usan para construir un diagrama esfuerzo-deformación y para determinar el límite elástico del módulo elástico de torsión, el módulo de ruptura en torsión y la Resistencia a la torsión. Las propiedades de corte suelen determinarse en un ensayo de torsión. Parala realización de este ensayo se debe tener en cuenta la norma ASTM E-143.
En la figura 1 se esquematiza la aplicación de un momento torsor T en el extremo libre de una probeta cilíndrica de longitud L empotrada en su extremo opuesto.
γ
b
R
L
τmax
θ
a
T
Figura 1
Considerando la igualdad de arcos entre los puntos a y b, según el radio R y la generatriz L, se deduce lo siguiente:Rθ ≈ γL (1)
Donde θ es el ángulo de torsión, e γ es la deformación angular por cortante.
Para determinar el esfuerzo cortante máximo τmax del material se puede utilizar la ley elástica de Hooke para la torsión, que establece:
τmax = Gγ (2)
En donde G es el módulo de corte del material de la probeta. Si los esfuerzos cortantes no sobrepasan el límite de proporcionalidad, dicho esfuerzose distribuye linealmente, siendo cero en el eje central de la probeta y logrando un valor máximo en la periferia. Así, es posible utilizar otra fórmula para calcular el esfuerzo cortante máximo, la cual considera el momento torsor T aplicado y el momento polar de inercia Ip de la sección de la pieza que resiste la torsión:
(3)
En el caso de secciones circulares macizas de radio R, el momentopolar de inercia Ip es:
Por lo tanto, el esfuerzo cortante en la periferia del cilindro es igual a:
Igualando las ecuaciones (2) y (3), finalmente permite obtener:
(4)
De la ecuación (1) se puede obtener una expresión para el ángulo γ en función del ángulo de torsión θ, el que se sustituye en la ecuación (4) para llegar a:
Sobre la base de la ecuación anterior, se puede determinarexperimentalmente el módulo de corte G del material constituyente de la probeta.
2.2 GENERALIDADES DE LOS ACEROS
A. Composición del Acero
El Acero es una aleación de hierro y carbono que contiene otros elementos de aleación, los cuales le confieren propiedades mecánicas especificas para su utilización en la industria metalmecánica.
Los otros principales elementos de composición son elCromo, Tungsteno, Manganeso, Níquel, Vanadio, Cobalto, Molibdeno, Cobre, Azufre y Fósforo.
Estos elementos, según su porcentaje, ofrecen características específicas para determinadas aplicaciones, como herramientas, cuchillas, soportes, etc.
B. Tratamientos Térmicos del Acero
Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantesinnovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. Los principales tratamientos térmicos son:
• Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero.
Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características...
Resumen:
El presente trabajo muestra una síntesis y un análisis de los resultados obtenidos en un ensayo de torsión realizado en una probeta normalizada de Acero 12L14. Contiene las diferentes características de la prueba, una pequeña explicación teórica, descripción de las propiedades del material usado, expectativas de la prueba, resultados esperados, y resultadosobtenidos.
1 INTRODUCCIÓN
El ensayo de torsión consiste en aplicar un par torsor a una probeta por medio de un dispositivo de carga y medir el ángulo de torsión resultante en el extremo de la probeta. Este ensayo nos permitirá conocer ciertas propiedades del material del cual este hecho la probeta, el cual será el principal objetivo de esta prueba.
2 MARCO TEÓRICO
2.1 ENSAYO DE TORSIÓN
Elensayo de torsión es Método para determinar el comportamiento de materiales sometidos a cargas de giro. Los datos del ensayo de torsión se usan para construir un diagrama esfuerzo-deformación y para determinar el límite elástico del módulo elástico de torsión, el módulo de ruptura en torsión y la Resistencia a la torsión. Las propiedades de corte suelen determinarse en un ensayo de torsión. Parala realización de este ensayo se debe tener en cuenta la norma ASTM E-143.
En la figura 1 se esquematiza la aplicación de un momento torsor T en el extremo libre de una probeta cilíndrica de longitud L empotrada en su extremo opuesto.
γ
b
R
L
τmax
θ
a
T
Figura 1
Considerando la igualdad de arcos entre los puntos a y b, según el radio R y la generatriz L, se deduce lo siguiente:Rθ ≈ γL (1)
Donde θ es el ángulo de torsión, e γ es la deformación angular por cortante.
Para determinar el esfuerzo cortante máximo τmax del material se puede utilizar la ley elástica de Hooke para la torsión, que establece:
τmax = Gγ (2)
En donde G es el módulo de corte del material de la probeta. Si los esfuerzos cortantes no sobrepasan el límite de proporcionalidad, dicho esfuerzose distribuye linealmente, siendo cero en el eje central de la probeta y logrando un valor máximo en la periferia. Así, es posible utilizar otra fórmula para calcular el esfuerzo cortante máximo, la cual considera el momento torsor T aplicado y el momento polar de inercia Ip de la sección de la pieza que resiste la torsión:
(3)
En el caso de secciones circulares macizas de radio R, el momentopolar de inercia Ip es:
Por lo tanto, el esfuerzo cortante en la periferia del cilindro es igual a:
Igualando las ecuaciones (2) y (3), finalmente permite obtener:
(4)
De la ecuación (1) se puede obtener una expresión para el ángulo γ en función del ángulo de torsión θ, el que se sustituye en la ecuación (4) para llegar a:
Sobre la base de la ecuación anterior, se puede determinarexperimentalmente el módulo de corte G del material constituyente de la probeta.
2.2 GENERALIDADES DE LOS ACEROS
A. Composición del Acero
El Acero es una aleación de hierro y carbono que contiene otros elementos de aleación, los cuales le confieren propiedades mecánicas especificas para su utilización en la industria metalmecánica.
Los otros principales elementos de composición son elCromo, Tungsteno, Manganeso, Níquel, Vanadio, Cobalto, Molibdeno, Cobre, Azufre y Fósforo.
Estos elementos, según su porcentaje, ofrecen características específicas para determinadas aplicaciones, como herramientas, cuchillas, soportes, etc.
B. Tratamientos Térmicos del Acero
Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantesinnovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. Los principales tratamientos térmicos son:
• Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero.
Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características...
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