Ciencia De Los Materiales

A menudo el ingeniero se ve en la necesidad de diseñar o sustituir

componentes de máquinas sometidos a cargas repentinas, requiriendo que

soporten estas condiciones sin fallar. La cuantificación de esta propiedad

junto con otras como: resistencia a la cedencia, resistencia a la tensión,

módulo de elasticidad, módulo de tenacidad y de resiliencia, ductilidad,

etc. son datos que se requieren a la hora de seleccionar (o procesar) un

Objetivos

Específico

Materiales y Equipo

Marco Teórico

Contenidos Ciencia de los materiales. Guía 2

2

material a ser empleado para la fabricación de piezas que serán sometidas a

diferentes condiciones de carga al estar en servicio.

Las propiedades mecánicas antes mencionadas frecuentemente se encuentran

en las cartas técnicas de cada material y éstas corresponden a ensayos

realizados en condiciones ideales que precisamente no reflejan las

condiciones de servicio variables a las que un material se verá sometido

como cambios de temperatura, carga mecánica, ambiente corrosivo, desgaste,

etc.; pues bien, la mayoría de los datos de las propiedades son obtenidos

por medio de ensayos de tensión, de dureza, de termo-fluencia, de impacto,

por mencionar algunos. Como los ensayos miden propiedades y características

de un mismo material, la información obtenida de varios de ellos

generalmente es complementaria.

En cuanto a las cargas de impacto, existen varios ensayos que permite

cuantificar tal propiedad, uno de ellos es el ensayo Charpy, y es catalogado

como ensayo mecánico de tipo dinámico el cual consiste en golpear una

muestra del material de interés con un péndulo pesado, que se suelta desde

una altura h0 y describe una trayectoria circular, hasta romper la probeta

hecha del material a ensayar y de dimensiones estándar (ver Fig. 2),

quedando el péndulo a una altura final hf. En la figura 1 se presenta

esquemáticamente el ensayo a realizar.

Figura 1 Ensayo de impacto tipo Charpy.

El principio de funcionamiento de este ensayo se basa en la física

clásica de conservación de la energía pues, sí se conoce la altura inicial

h0 y la final hf entre otras propiedades físicas inherentes al péndulo, es

fácil calcular la energía potencial para cada estado. La diferencia entre

ambas es la energía de impacto absorbida por la probeta (muestra del

material de interés). La energía se mide de N-m [Joules] o lb-pie.

Si este ensayo se repite con el material a diferentes temperatura al

final se obtendría una curva como la que se observa en la figura 3 la cual

representa el punto (intercepto entre línea continua y punteada) en el cual Ciencia de los materiales. Guía 2

3

el material presenta un cambio de comportamiento. El punto en cual se da

tal cambio de denomina punto de transición dúctil - frágil.

Figura 3a Curva de ensayo Charpy para

diferentes temperaturas.

Figura 3b Resultado de ensayo Charpy

para materiales bcc (cc) y fcc (ccc)

Pues bien, la energía absorbida por la probeta ensayada se puede expresar

matemáticamente como sigue:

Eab = E1 − E2

Donde:

Eab = Energía absorbida por la probeta.

E1 = mgho = Energía potencial disponible en el punto inicial.

E2 = mghf = Energía potencial final.

Donde m es la masa del martillo y g la aceleración gravitatoria local.

Estas ecuaciones serán utilizadas para verificar los resultados de

ensayo a realizar en esta práctica (ensayo de Charpy).

Nota: Guarde estrictamente las medidas de seguridad en manejo del péndulo.

Alumnos que exhiban conducta inapropiada serán invitados a salir del

laboratorio y perderán su nota de laboratorio.

En la presencia de su instructor, proceda a realizar lo siguiente:

(Ensayo a temperatura ambiente)

1. Abra la reja protectora.

2. Proceda a inspeccionar el funcionamiento de la máquina. Verifique el

sistema de seguridad contra caídas accidentales y coloque el péndulo

en su posición de inicio (ver fig. 1)

3. Cierre la reja protectora y haga pruebas en vacío (sin probeta)

compruebe el funcionamiento del sistema de seguridad y de frenado del

péndulo.

4. Seleccione la pieza a ensayar (según lista de materiales) y colóquela

en el lugar que le indique su instructor, centrada y con la muesca

opuesta al lado opuesto al punto donde golpea el martillo del péndulo.

5. Cierre la puerta de la reja protectora.

6. Ubique el indicador de la energía absorbida (regla graduada en “J”) y

desplácelo hacia abajo (cero Joules).

Procedimiento Ciencia de los materiales. Guía 2

4

7. Accione

...