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• Jose Manuel

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ENSAYO DE IMPACTO – PENDULO DE CHARPY

I. -

II.

OBJETIVOS Analizar y reconocer la importancia de la prueba de impacto para determinar algunas características de los materiales (acero, aluminio, bronce). Conocer los diferentes métodos de medición para determinar el comportamiento de los materiales (piezas o partes de maquinas) que están sometidas a cargas fluctuantes en el tiempo o cargas de impacto. INTRODUCCION

En el siguiente informe, se expondrán los resultados obtenidos luego de la realización “Ensayo de Charpy ”. Este laboratorio tiene por objetivo observar la tenacidad y dureza del distintos materiales (acero, aluminio, acero). Para ello se realizará un ensayo de Charpy a cinco probetas para medir la dureza y tenacidad a una temperatura ambiente. El ensayo consiste en romper de un solo golpe, con una masa-pendulo, una probeta entallada en su punto medio y apoyada en sus dos extremos. Se determina la energía absorbida. Esta energía caracteriza la resistencia al choque de los materiales. Los ensayos de choque determinan la fragilidad o capacidad de un material de absorber cargas instantáneas, por el trabajo necesario para introducir la fractura de la probeta de un solo choque, el que se refiere a la unidad de área para obtener lo que se denomina reisliencia. III.

FUNDAMENTO TEORICO

El ensayo de Charpy consiste en la ruptura de una probeta entallada mediante la aplicación de un impacto con un martillo. En este ensayo se mide la energía absorbida por el material al deformarse y romperse. El ensayo de Charpy, es un dispositivo a modo de péndulo (figura 1) ideado por Georges Charpy, diseñado para determinar la energía de impacto o tenacidad de un material. Para ello, se realiza un ensayo de impacto, donde una masa (martillo) golpea una probeta entallada (figura 2). Para poder calcular la energía absorbida por la probeta (en Joules) luego del impacto, se calcula mediante la diferencia de energía del péndulo antes y después de este. El problema de este método es que resulta muy inexacto medir la altura a la que llega la masa, entonces como se sabe el ángulo inicial del péndulo y la máquina registra el ángulo final, mediante relaciones trigonométricas se llega a relacionar la energía absorbida en función de los ángulos y el largo del brazo.

Figura 1: Ensayo de Charpy

Figura 2: Probeta entallada

Un punto importante de este tipo de ensayos, es que se puede determinar la temperatura de transición frágil-dúctil. Esto se consigue realizando el ensayo en iguales condiciones normalizadas, pero a distintas temperaturas. Lo que se hace es calentar o enfriar la probeta antes de realizar el ensayo (la distribución de temperaturas debe ser homogénea en toda la probeta). Se obtienen una serie de curvas características de cada material como las que se muestran en la Figura 3.

Figura N° 3 Curvas de transición frágil-dúctil para aceros en función de su porcentaje en peso de carbono. Para materiales puros, la transición dúctil-frágil ocurre a una temperatura determinada, pero para el resto de los materiales con distintas composiciones la transición ocurre en un rango amplio de temperaturas. Además existen varias influencias micro-estructurales sobre la transición dúctil-frágil. Por ejemplo los aceros al introducir átomo de carbono intersticialmente (átomos de C son muy pequeños y ocupan intersticios) se produce un endurecimiento lo que hace al material menos tenaz. Cuanto más carbono se agrega hacemos más favorable la fractura frágil. Una de las influencias más importantes es la estructura cristalina (metales) del material.

IV.

MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR

El material utilizado en el presente laboratorio es: - 5 probetas ( 3 de acero, 1 de aluminio y 1 de bronce) - Pendulo de Charpy El ensayo consiste en romper de un solo golpe, con una masa-pendulo, una probeta entallada en su punto medio y apoyada en sus dos extremos. V.

PROCEDIMIENTO

a) Sin instalar probeta alguna se eleva el péndulo y se engatilla, para ser liberado luego. Se deja que el péndulo realice unos cuantos vaivenes y se detiene. La energía gastada en este proceso se anota. b) 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. c) 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. d) Se repiten los pasos b) y c) para las otras probetas. VI. RESULTADOS Los resultados del laboratorio se dan a continuación a una temperatura ambiente. ANGULO INICIAL(º)

ANGULO FINAL(º)

MATERIAL

61

ENERGIA ABSORBID A (Kilopondio s) 22

Probeta 1

160

Probeta 2

160

81

17

acero

Probeta 3

160

78

17.4

acero

Probeta 4

160

103.5

11

aluminio

Probeta 5

160

124

6

bronce

acero

A continuación calcularemos “ H ” y “ h ” para cada probeta.

L =Longitud del brazo = 0.80 m

m =masa del martillo= 30 kgf

α

=Angulo inicial

β

= Angulo final

H = Altura inicial :

H=L−L cosα

h

h=L−L cosβ

= Altura final :

E = Energia absorbida :

ρ = Resiliencia

ρ=

E=mg ( H−h )

E=mgL(cosβ−cosα )

E A

Donde A=100 mm2

α

(º)

β

(º)

H

(m)

h (m)

E (J)

ρ (J/mm 2

335.16

) 0.335

Probeta 1

160

61

1.552

0.412

Probeta 2

160

81

1.552

0.675

258.10

0.258

Probeta 3

160

78

1.552

0.634

270.17

0.270

Probeta 4

160

103.5

1.552

0.987

166.28

0.166

Probeta 5 VII. -

160

124

1.552

1.247

89.76

0.090

CONCLUSIONES

Al tomar nota de las diferentes pruebas realizadas a las probetas nos damos cuenta de la resistencia del material al impacto. Aprendimos a utilizar la maquina (péndulo de charpy) y a preparar las probetas con las medidas normalizadas. La energía absorbida por las probetas de acero son mayores con respecto a las del aluminio y esta es mayor a la del bronce, entonces pudimos comprobar que la probeta del bronce es mas frágil que la del aluminio y esta es mas frágil que la del acero.

VIII.

CUESTIONARIO

1. ¿Qué propiedades se determinan con este ensayo? Con el ensayo de charpy se pueden determinar distintas propiedades de los materiales como son : tenacidad, energía absorbida, resiliencia, dureza, ductibilidad, ductilidad. 2. ¿Qué es la tenacidad? En ciencia de materiales, la tenacidad es la energía total que absorbe un material antes de alcanzar la rotura, por acumulación de dislocaciones, está directamente relacionada con la resistencia y ductilidad. 3. ¿Cómo influye la temperatura de transición? La temperatura de transición es una variable muy importante que se debe tener en cuenta a la hora de realizar el ensayo de impacto, es la temperatura a la que se encuentra sometido el material y que puede afectar los resultados de manera significativa. 4. ¿Qué es la resiliencia? La resiliencia es la energía que necesita un material para deformarse elásticamente, es una propiedad de los metales que se relaciona con su capacidad de absorber energía. Esta capacidad esta íntimamente ligada a la temperatura a la cual se encuentren estos metales . 5. ¿Por qué se realiza la entalla en la probeta? ¿existe probetas sin entalla? Indique formas de entalla. Las entallas en las probetas sirven principalmente para ubicar la rotura ya que la zona de deformaciones se ubican cercanas a ellas. Todas las probetas tienen

una entalla que es una muesca, la cual se ubica en el extremo de las mordazas. Las formas de entalla pueden ser del tipo: Muesca en v tipo charpy Muesca ojo de cerradura tipo charpy Viga voladiza tipo izod

6.

¿Cuáles son las normas para los ensayos de impacto?

Hay dos métodos de ensayo: el Impacto Charpy, descrito por las normas UNE 53021, ASTM D 256, DIN 53453, y el Impacto Izod, definido en las normas UNE 53193 y ASTM D 256. Los resultados de ambos ensayos no son comparables debido a las diferencias en cuanto a la geometría de las probetas y de las entallas. En general, los plásticos son muy sensibles a los esfuerzos súbitos de un impacto y especialmente si las probetas tienen una entalla. En el impacto Charpy los extremos de las muestras descansan horizontalmente sobre apoyos y el martillo impacta en el punto central, entre los dos apoyos. Por el contrario en el ensayo Izod la probeta se sujeta por un extremo y el martillo golpea en el otro. Los valores de resiliencia (J / mm²) obtenidos en ensayos de impacto no son utilizables para el cálculo o diseño de piezas. Sin embargo, permiten diferenciar entre plásticos a tenor de su diferente sensibilidad al impacto con o sin entalla, por lo que son ampliamente utilizados como ensayos de control de calidad.