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ENSAYO CHARPY

La energía absorbida Ea por la probeta, para producir su fractura, se determina a través de la diferencia de energía potencial del péndulo antes y después del impacto. Una vez conocido el ángulo inicial de aplicación de la carga (α) y el ángulo final (β) al que se eleva el péndulo después de la rotura completa de la probeta, se puede calcular la energía Ea mediante la expresión (1):

Ea = MgL[cos(β) - cos(α)];

(1)

donde g representa la aceleración de la gravedad Los modos de fractura que pueden experimentar los materiales se clasifican en dúctil o frágil, dependiendo de la capacidad que tienen los mismos de absorber energía durante este proceso. Actualmente no existe un criterio único para determinar cuantitativamente cuando una fractura es dúctil o frágil, pero todos coinciden en que el comportamiento dúctil Está caracterizado por una absorción de energía mayor que la requerida para que un material fracture frágilmente. Por otra parte el comportamiento dúctil tiene asociado altos niveles de deformación plástica en los materiales De acuerdo con la expresión (1), dos de los factores que determinan la energía máxima que se puede suministrar en el momento del impacto son: el valor de la masa M y la longitud de brazo L. Es por ello que existen diversos diseños de maquinas para pruebas de impacto Charpy, en los que combinando los dos factores anteriormente mencionados ENSAYO DE IMPACTO Es una prueba dinámica que permite predecir en cierta forma el comportamiento dúctil ó frágil de un material a una temperatura especifica. Si el ensayo se realiza sobre un intervalo de temperaturas (de temperatura ambiente a menores) determina el rango de la temperatura de transición dúctil-frágil de un material. El ensayo determina la energía absorbida por una probeta (ranurada) durante su fractura; esto se denomina, como tenacidad del material. Se tienen dos tipos de ensayo de impacto referidos como Charpy e Izod. El ensayo de impacto Charpy emplea probetas con tres tipos de ranuras: en “ V ”, “ojo de cerradura” y en “U”; mientras que el de tipo Izod sólo utiliza la ranura en “ V ”. Los ensayos de impacto se utilizan para la determinación del comportamiento de un material a velocidades de deformación más altas. Los Péndulos clásicos determinan la energía absorbida en el impacto por una probeta estandarizada, midiendo la altura de elevación del martillo del Péndulo tras el impacto. Las máquinas utilizadas para el ensayo de impacto consisten fundamentalmente de un péndulo provisto de un martillo que se eleva hasta un altura h. La probeta se coloca en la vertical del eje de giro del péndulo, en un soporte adecuado. Al liberar el péndulo, cae y rompe la probeta, ascendiendo hasta una altura h’. El trabajo del péndulo será entonces: La energía absorbida durante la rotura se expresa en Joules (J) ó ft-lb. En Europa los resultados dela prueba de impacto se expresan en unidades de energía absorbida por unidad de área

DUREZA VICKERS Introducida en 1925 por Sandland Vickers en Inglaterra, este ensayo de dureza se deriva directamente del método Brinell. El ensayo Vickers es una prueba de dureza por penetración, en la cual se usa una máquina calibrada para aplicar una carga por medio de un penetrador (identador) piramidal de diamante sobre la superficie del material bajo prueba. El ensayo consiste en hacer sobre la superficie de una probeta una huella con un penetrador en forma de pirámide recta de base cuadrada con determinado ángulo entre las caras opuestas, y medir las diagonales de dicha huella después de quitar la carga El Penetrador es una punta de diamante con forma piramidal de 136° El penetrador debe estar finamente pulido con aristas bien definidas. La base de la pirámide debe ser cuadrada y sus caras opuestas deben formar un ángulo de 136º. El buen estado de la punta del penetrador es de considerable importancia cuando la carga de prueba es pequeña y la huella también, por esta razón se recomienda verificar periódicamente la punta del penetrador para evitar fallas El número de dureza Vickers (HV) relaciona la carga aplicada y el área de la superficie dejada por la huella después de quitar la carga P = carga Aplicada (kgf o N) d = Diagonal promedio de la huella (mm) α = Angulo entre caras del indentador (136°)

CONDICIONES DE LA PRUEBA Las cargas aplicadas van desde 1 hasta 120 Kgf. El tiempo de aplicación de la carga de prueba completa debe ser de 10 a 15 segundos a menos que se especifique otra cosa. La distancia entre centros de huella es de 2½ d. La carga debe ser perpendicular a la huella. El espesor de la muestra debe ser 1½ veces la diagonal de la huella. La carga de prueba debe aplicarse y retirarse suavemente sin golpes o vibraciones. La superficie de la probeta debe ser pulida, plana; estar limpia, homogénea y libre de óxido y lubricantes. Al preparar la probeta debe tenerse cuidado de no revenir la superficie durante el rectificado de la misma o de no endurecerla por trabajo mecánico durante el pulido. Se deben de hacer 5 ensayos para obtener un valor promedio y la desviación (más aproximación). Si la superficie es esférica o cilíndrica, se introduce un factor de corrección, obtenido de una tabla que relaciona la diagonal promedio entre el cuadrado del diámetro de la muestra. El valor obtenido en la tabla se multiplica por el valor de la dureza normal y se obtiene el HV corregido.

Las tablas tienen valores para superficies cóncavas y convexas. VENTAJAS Pueden medirse una amplia gama de materiales, desde muy blandos hasta muy duros. Puede medirse dureza superficial (para determinar recubrimientos de los materiales). Las huellas resultan bien perfiladas, cómodas para la medición. La dureza con la pirámide coincide con la dureza Brinell para los materiales de dureza media. En el ensayo Vickers se pueden probar materiales muy duros a diferencia del método Brinell, debido a que en éste último no se puede ensayar probetas si su dureza se aproxima a la dureza de la bola, porque ésta sufre deformaciones que alteran los resultados del ensayo. MICRODUREZA Este ensayo consiste en generar una huella muy pequeña para medir la dureza de muestras de pequeño tamaño. Esto se hace aplicando cargas muy pequeñas. Los ensayos de microdureza son ensayos de precisión. Para este tipo de ensayos, la carga aplicada varía entre 1 y1000 grf. El principal inconveniente es que necesitan una gran preparación superficial del material a probar, llegando al pulido metalográfico, también denominado “acabado espejo”. Existen tres tipos de ensayo de microdureza: Knoop , Vickers y Ultrasonido En los ensayos Knoop y Vickers se relaciona la carga aplicada y el área dejada en la huella. En el de ultrasonido se mide el cambio en frecuencia debido a la profundidad de la huella. La profundidad máxima obtenida en estos ensayos es menor a 19μm. (0.019 mm). ENSAYOS DINÁMICOS. En los ensayos dinámicos la carga se aplica en forma de impacto a diferencia de los métodos estáticos en los que se aplica en forma relativamente lenta y progresiva. Como sucede en la mayoría de los métodos dinámicos de ensayo, la determinación de la dureza por métodos de este tipo depende la energía absorbida por la probeta y por lo tanto los resultados deben ser tomados cuidadosamente. Como se verá los resultados que arrojan los métodos dinámicos son dependientes de la elasticidad del material y por lo tanto los resultados son comprables en materiales con las mismas propiedades elásticas. En el grupo de los ensayos dinámicos se puede incluir sin discusión alguna los ensayos de dureza por rebote. En los métodos por rebote el identador forma parte de un percutor que es lanzado sobre la superficie a ensayar con energía conocida; el valor de dureza se obtiene a partir de la energía de rebote del percutor luego de impactar en la muestra. MÉTODO DE SHORE El percutor utilizado es de acero duro de forma cilíndrica y punta redondeada de muy buena terminación, la que también puede ser de diamante. El percutor cuyo peso es de 3 a 7 gr se deja caer desde una altura de 250 mm y la lectura del rebote se hace directamente en una escala de 140 divisiones en la que un rebote que alcanza 100 divisiones corresponde a un acero templado (martensítico) para herramientas.

Cuando el percutor cae sobre una superficie una parte de la energía potencial inicial es absorbida por la deformación plástica que sufre la superficie en la penetración. De esta manera si el percutor se deja caer en un material blando y en uno comparativamente más duro, el rebote del percutor alcanzará menor altura luego de impactar en la superficie del material más blando ya que habrá una mayor penetración y por lo tanto una mayor absorción de energía. ESCLEROSCOPIO.- Mide la altura de rebote, después de que el penetrador cae por su propio peso desde una altura definida. Es una medida de la resistencia del material, o sea, la energía que puede absorber en el intervalo elástico. CARACTERÍSTICAS DEL ENSAYO: ◦ No es de gran precisión, pero es muy rápido. ◦ El equipo es fácil de manejar, poco voluminoso y de coste reducido. ◦ Apenas produce deformación en la probeta (no deja huella).

DUREZA LEEB Una evolución del método Shore es el método de Leeb. En este caso un cuerpo con un percutor que puede ser una bolilla de carburo de tungsteno de 3 o 5 mm de diámetro, es lanzado a velocidad conocida, por acción de un resorte. Cuanto más blando el material a ensayar menor velocidad alcanzará el cuerpo percutor luego del impacto. La medición de velocidad antes y después del impacto se hace mediante la diferencia de potencial eléctrico que se genera en una bobina, al ser atravesada por el cuerpo percutor que contiene un imán permanente. Como se sabe la diferencia de potencial en bornes de una bobina depende de la variación del flujo magnético, la que a su vez dependerá de la velocidad con la que el percutor atraviesa la bobina. El método de medida Equotip se basa en el lanzamiento de un cuerpo de impacto impulsado por un resorte contra una superficie de prueba. Las velocidades de impacto y retroceso (Vi, Vr) se miden y se procesan para convertirlas en el valor de dureza L (Escala Leeb, L=1000*Vr/Vi). Los valores resultantes se convierten automáticamente a las unidades de dureza convencionales como Rockwell (HRC, HRB), Brinell (HB), Vickers (HV) y Shore (HS) Los resultados que arrojan tanto el método de Shore como el Leeb dependen de la resiliencia de la probeta, la del matillo y la deformación permanente sobre el material ensayado. La influencia de las propiedades elásticas del material puede resultar en que si se ensayan dos materiales cuya “dureza real” es la misma, se obtengan valores diferentes, debido a las diferencias en la resiliencia de ambos materiales. Los instrumentos modernos disponen de nueve grupos de materiales como los indicados en la tabla siguiente; el usuario debe seleccionar el grupo que corresponda, en el menú del instrumento, antes de realizar el ensayo. Además el software de estos aparatos, incluye las tablas de conversión según DIN50150 y ASTM E140 permitiendo la obtención directa de lo valores no solo en la escala HL sino también en las escalas HB, HRC, HRB, HS y HV.