Ensayo de Impacto Charpy.

OBJETIVOS.

Identificar las diferencias del comportamiento frágil-dúctil de un mismo material, sometido a diferentes temperaturas.

Identificar los comportamientos frágil y dúctil en la fractura de los metales, mediante la observación visual.

Determinar la influencia de la temperatura en la composición del material.

Determinar la capacidad de deformación plástica que pueden alcanzar los aceros 1045 y 1020

Determinar la dureza que pueden alcanzar los aceros 1045 y 1020

Tener conocimiento del uso correcto de una máquina Charpy teniendo en cuenta medidas de seguridad y lograr una eficiencia en los resultados

INTRODUCCIÓN

La máquina de Charpy o péndulo de Charpy fue ideada por Georges Agustin Albert Charpy en 1901, personaje al cual debe su nombre. Este péndulo es utilizado para determinar:

Tenacidad. Capacidad de resistencia de un material de soportar un impacto sin llegar a fracturarse

Energía absorbida. Por la probeta al momento del impacto

Resiliencia. Capacidad de un material de volver a su estado inicial después de haber estado sometido a esfuerzo.

De materiales cerámicos o metales, a simple vista podemos ver que la máquina no es muy compleja en cuanto a su funcionamiento mecánico, pero a pesar de su simplicidad, mediante distintas pruebas de impacto nos permite tener conocimiento de la influencia que tienen ciertos factores, como la temperatura o el porcentaje de materiales componentes; en el comportamiento de estos.

La obtención de estos datos y determinar las propiedades que predominan en la eficacia de los distintos metales, pueden dar una idea de un material óptimo para un determinado trabajo

BASE TEÓRICA

Existen dos maneras de evaluar el material en esta máquina: Ensayo CHARPY y Ensayo IZOD (ver Fig. 2), donde la única diferencia radica en el posicionamiento de la probeta para la realización del ensayo

ENSAYO CHARPY:

Comportamiento a la fractura de diversos metales y polímeros colocando la probeta en posición horizontal.

ENSAYO IZOD:

Comportamiento a la fractura de diversos metales y polímeros colocando la probeta en posición vertical.

Sin embargo, las probetas utilizadas para ambas pruebas ya sea CHARPY o IZOD tienen una configuración específica. Estas deben ser unas barras de sección transversal cuadrada dentro de las cuales se ha realizado una talladura en forma de V (ver Fig. 3),

El proceso del ensayo consiste en dejar caer una masa elevada a una altura h∝ de 1.6m, inicialmente sostenida por una uña de fijación, que al ser retirada deja en caída libre a la masa sostenida por el brazo del péndulo ganando una velocidad de 5.6 m/s2 al momento del impacto de la cuchilla con la probeta colocada en los soportes de la máquina correctamente posicionada (ver Fig. 4), luego el péndulo continua su trayectoria hasta llegar a un punto límite determinado por la cantidad de resistencia que opuso la probeta en el impacto, además de la fricción provocada por el aire.

Teniendo conocimiento del ángulo de inicio d (∝) y del ángulo final (β) a los que se eleva el brazo del péndulo, antes y después de la rotura completa de la probeta respectivamente, obtenidos mediante la regla que se encuentra en el centro de la máquina, se puede determinar la cantidad de energía absorbida utilizando la siguiente fórmula (1)

Eabs=m ×g×(cos⁡β-cos⁡∝) (1)

“El ángulo β es tanto menor, cuanto mayor es la energía aplicada en el proceso por el péndulo por la deformación y destrucción de la muestra” (1)

Ya que en el proceso de la prueba existen diversos factores como la resistencia que impone el aire o la resistencia de los mismos ejes que sostiene el brazo del péndulo que pueden variar el resultado que deseamos obtener hasta en un 30%, para compensar esto debemos de reducir estos factores reduciendo su influencia en el resultado final (2).

Er=Ei-Ef-Ek (2)

DONDE:

ENERGÍA DE DESTRUCCIÓN DE PROBETA (Er):

Energía aproximada de la destrucción de la probeta (2)

ENERGÍA MOSTRADA POR INDICADOR (Ei):

Energía obtenida por la medición que brinda el equipo después del ensayo (Ver Fig. )

ENERGÍA DISIPADA POR FRICCIÓN (Ef):

Esta energía es medida antes de cada ensayo para esto se deja caer libremente el péndulo sin poner la probeta en los soportes.

ENERGÍA CINÉTICA (Ek):

Es la energía necesaria para el desplazamiento (3)

Ek=1/2(mv^2) (3)

Los modos de fractura que experimentan las probetas pueden ser clasificados en dúctil o frágil en función a la resistencia que opuso dicha probeta a la prueba, una probeta que

absorbió mayor cantidad de energía puede denominarse un material mayoritariamente dúctil, asimismo un material que absorbió menor cantidad de energía puede determinarse mayoritariamente frágil.

El valor de la masa y la longitud del brazo del péndulo pueden determinar la cantidad de energía con la que se puede impactar la probeta en análisis, es por eso que existen diversos tipos de máquinas para este tipo de ensayo como lo es el caso de la TINIUS OLSEN (M = 27.2 kg L = 0.9 m) que puede dar una energía máxima de impacto equivalente a 358 Joules, o como la INSTRON WOLPERT (M = 2.02 kg L = 0.390 m) para materiales más frágiles que brinda una energía máxima de impacto aproximada a 15 Joules

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

El ensayo realizado fue un “Ensayo tipo Charpy” (colocando las probetas en posición horizontal) utilizando el péndulo modelo JB-300B marca CHENDA, de carga estática, trayectoria de caga mecánica, y medidor de aguja, esta alcanza una energía mínima de impacto de 150 Joules y una energía máxima de impacto de 300 Joules (Ver Fig. 5), también está conectada a un ordenador que mostrará datos cuantitativos que posteriormente necesitaremos. La realización de la prueba se llevó a cabo con probetas de acero 1045 y probetas de acero 1020, a diferentes temperaturas.

PROBETAS:

Acero

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