ENSAYO DE IMPACTO ENSAYO DINÁMICO A FLEXIÓN
DE PROBETAS RANURADAS. ENSAYO CHARPY Los ensayos dinámicos son realizados para valorar la capacidad de resistencia de los materiales metálicos a las cargas de impacto (tenacidad) y determinar su tendencia a la destrucción frágil. Entre los ensayos de esta índole los más conocidos y estandarizados son los de impacto a flexión con muestras ranuradas. La velocidad de deformación en el caso de los ensayos dinámicos supera en varios órdenes a la velocidad de deformación en los ensayos estáticos. OBJETIVO DEL ENSAYO. Familiarizarse con los
criterios de valoración de la resistencia de los materiales a las cargas de
impacto; comparación de la conducta de un mismo material, sometido a distintos
tratamientos térmicos, frente al ensayo de impacto de Charpy. CONSIDERACIONES GENERALES. Los impactos de ensayo a flexión son realizados
con la ayuda del péndulo de Charpy, con una energía que sobrepasa los 30 kgf×cm. El esquema de ensayo se muestra en la
figura.
Por medio de la escala, se mide el ángulo de elevación del péndulo y
directamente se lee la energía consumida en el proceso (la escala del
indicador esta graduada en kilopondios por metro kp×m). Las relaciones energéticas usadas se
muestran aquí. Una
parte de la energía del impacto es empleada en la sacudida del péndulo y del
bastidor, para vencer la resistencia del aire, en el roce de los cojinetes y
del dispositivo de medición, en la deformación de la muestra cerca de los
apoyos y bajo el cuchillo, en la transmisión de energía a las fracciones de
la muestra y en la deformación elástica de la barra del péndulo. La
influencia de estos factores, que hacen variar las mediciones hasta en un 30%
de un péndulo a otro pueden ser minimizadas restando la influencia de los
factores cuantificables o medibles. En otras palabras, se aconseja restar de
la energía mostrada por el indicador Ei la energía
imprimida a las fracciones de probeta en forma de energía cinética Ek
(este dato puede calculado aproximadamente), y la energía disipada por
fricciones Ef (ésta puede ser medida experimentalmente). De
esta manera, la energía aproximada, usada sólo para la destrucción de la
probeta Er , será:
Ef , energía disipada por fricciones, debe ser medida
antes de cada ensayo, para esto se deja caer libremente el péndulo, sin
instalar probeta en los apoyos, y se anota la energía mostrada por el
indicador. Ek , energía cinética necesaria para el
desplazamiento de las fracciones de probeta luego de la rotura, puede ser
calculada:
donde
m es la masa de la probeta y v es la velocidad de las
fracciones, que se asume igual al velocidad del péndulo en el momento del
impacto (v =5,6 m/s). El
estándar ASTM E23-72 define el ensayo de barras ranuradas al impacto como un
ensayo por el cual se observa el comportamiento del metal cuando está sujeto
a la aplicación de una carga única que genera un estado de esfuerzos
multiaxial asociado a la ranura, en conjunto con altas ratas de carga y en algunos
casos altas o bajas temperaturas. PROCEDIMIENTO Para realizar el ensayo de impacto en
barras ranuradas se procede así: a) Se pesan las probetas. b)
Luego, sin instalar probeta alguna se eleva
el péndulo y se engatilla, para ser liberado luego. Se deja que el péndulo
realice unos cuantos vaivenes (3) y se detiene. La energía gastada en este
proceso se anota. c)
Se instala la probeta en los apoyos, se
engatilla y suelta el péndulo, produciéndose la rotura de la probeta. Luego
de detenido se anota la energía aplicada en el proceso. d) Se calcula la energía
cinética, aplicada a las fracciones de probeta. Se realiza el cálculo de la
energía invertida en la rotura de la probeta. e) Se repiten los pasos c) y d) para las otras probetas. MAQUINARIA,
MATERIALES E INSTRUMENTOS DE MEDIDA. Máquina.
El
estándar ASTM E23-72 presenta las siguientes exigencias para los martillos de
péndulo: a) La máquina debe ser de construcción rígida y con capacidad energética
suficiente para romper la probeta de un solo golpe. La máquina no debe ser
usada para valores mayores al 80% del rango de la escala. La velocidad no
debe ser menor de 3 m/s ni mayor de 6 m/s. El error en la escala en cualquier
punto no debe exceder el 0,2% del rango ó 0,4% de lectura. El plano de
movimiento del péndulo debe ser perpendicular al eje transversal de la
muestra y no debe desviarse más de 3:1000 (unidades de longitud). El
dispositivo de liberación del péndulo desde su punto inicial debe operar
libremente y no impulsar, retardar o hacer vibrar el péndulo. Se debe proveer
un dispositivo (ensayos Charpy) para situar la probeta de manera que su plano
de simetría no quede desviado más de 0,1 mm con respecto al punto medio entre
los apoyos. Probetas. Se ensayarán tres probetas de acero AISI O1,
con distintos tratamientos térmicos. Estas mismas probetas se usaron para la
medición de las durezas Vickers y Rockwell. 1) Probeta de acero
AISI O1 en estado de suministro, 2) Probeta de acero
AISI O1 templada en aceite, 3) Probeta de acero
AISI O1 templada en agua. El
estándar ASTM recomienda los siguientes tipos de probetas:
Probetas para el
ensayo de Charpy Se
deben medir cuidadosamente las probetas con instrumentos
de medición convencionales y concluir qué tipos de probeta se usan para
nuestra práctica. Como se
ve en la figura anterior, en las probetas se realiza una ranura o incisión.
Dicha ranura tiene el objeto de que la probeta se rompa en un solo impacto.
Además la ranura garantiza el rompimiento de la probeta por una sección
controlada. En este tipo de probetas los esfuerzos y la deformación plástica
se concentran en una parte limitada del volumen de la muestra, alrededor de la
incisión. Precisamente aquí es donde es absorbida prácticamente toda la
energía del impacto. En la figura se muestra un esquema de la distribución de
los esfuerzos. Esta gráfica fue obtenida con ayuda del programa de elementos
finitos ALGOR.
REALIZACIÓN DEL ENSAYO 1.
¡ATENCIÓN!. El ensayo se realiza
sólo por el profesor en presencia de los alumnos, se darán aquí algunas
recomendaciones adicionales. 2.
No olvide realizar la medición de las pérdidas por
fricción. Este ensayo se hace sin instalar probeta. 3.
Si no se han
pesado las probetas, las fracciones de éstas después de cada impacto deben
ser encontradas, empacadas y rotuladas para su posterior pesaje. 4.
Póngase especial
atención al timbre del sonido ocasionado por el impacto y la rotura; esto nos
da una idea de la fragilidad comparativa de los materiales. 5.
Obsérvese con
atención la sección de la rotura, este análisis también nos ofrece datos
sobre la fragilidad de los materiales. 6.
Júntense los
pedazos de cada probeta haciéndolos coincidir como un rompecabezas y observe
las deformaciones residuales comparativas para cada probeta. TRATAMIENTO
E INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS Los datos obtenidos se consignan y se analizan por medio de la siguiente tabla. ¡Ojo con las unidades!
Las fórmulas a
usarse son:
Nota : Un kilopondio es lo mismo que un kilogramo
fuerza por lo tanto: 1 kp×m = 9,8 J INFORME
De manera particular, el informe sobre el ensayo dinámico a flexión de probetas ranuradas, debe contener.
1) Objetivo. 2) Consideraciones teóricas generales: sobre la tenacidad, necesidad de los ensayos dinámicos 3) Maquinaria. Tipo y modelo de la máquina 4) Probetas. Dibujo de las mismas, comparación con la probeta ASTM. 5) Velocidad de los ensayos. 6) Tabla de resultados. 7) Apariencia de la superficie de la fractura 5) Conclusión. Descargar
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