GUIA DE LABORATORIO DE ENSAYO DE IMPACTO O CHARPY

GUIA DE LABORATORIO DE ENSAYO DE IMPACTO O CHARPY

Profesor: Ing. Irma Angarita

Estudiantes: Camilo Restrepo, Ana Milena Trujillo, Luis Felipe Villamil

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECANICA Y MECATRÓNICA

1. INTRODUCCIÓN

En elementos que son sometidos a  variaciones bruscas de carga, su falla se produce generalmente al no aceptar deformaciones plásticas o por fragilidad, aun en aquellos metales considerados como dúctiles. Por estos casos es conveniente analizar el comportamiento del material a altas velocidades de carga y variaciones de temperatura con ensayos de impacto.

El ensayo de tracción estático da valores correctos de la ductilidad del material, pero no resulta preciso para determinar su grado de tenacidad en condiciones variables de trabajo. Por ello el propósito de este laboratorio es conocer y evaluar el comportamiento de metales y/o aleaciones bajo cargas dinámicas, por medio de un ensayo de impacto o charpy, en el que sus resultados nos indicaran la susceptibilidad de los metales a la fractura frágil o dúctil en un rango de temperaturas aplicando una alta velocidad de impacto.

1. OBJETIVOS

1. OBJETIVO GENERAL

• Identificar mediante el ensayo de impacto la capacidad que tiene un material de absorber energía con el cambio de temperatura.

1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Analizar el comportamiento de los materiales metálicos al ser sometidos a un esfuerzo de impacto.
• Identificar los comportamientos frágil y/o dúctil al analizar la fractura de los metales, mediante observación visual.
• Determinar la velocidad, rangos de temperatura y la altura inicial a la que es llevado el martillo o péndulo, al momento del ensayo.
• .Observar y reconocer las posibles diferencias que presentan los otros materiales en cuanto ductilidad y fragilidad. ( en cuanto tolerancias de deformación)

1. CONCEPTOS RELEVANTES

3.1 ENSAYO CON PÉNDULO CHARPY

Los ensayos dinámicos de choque se realizan generalmente en máquinas denominadas péndulos o martillos pendulares, en los que se verifica el comportamiento de los materiales al ser golpeados por una masa conocida que se deja caer desde una altura determinada, realizando el ensayo por dos métodos distintos por el método charpy o por el método Izod. En ambos casos la rotura se produce por flexionamiento  de la probeta, la diferencia radica en la posición de la probeta entallada, como se muestra en la figura 1 por lo que se denomina flexión por choque.

[pic 3]

Figura 1: Practica de impacto, Universidad de los Andes

El péndulo de Charpy es un dispositivo utilizado en un ensayo para determinar la tenacidad de un material. Los ensayos de impacto se hacen con una probeta entallada y ensayada a flexión en tres puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto en la cual la masa continúa su camino hasta llegar a una cierta altura (h´) permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar de la probeta.

[pic 5][pic 4]

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  el péndulo registra el ángulo final, mediante relaciones trigonométricas se llega a relacionar la energía absorbida en función de los ángulos y el largo del brazo.

[pic 7][pic 6]

La velocidad que adquiere la masa al golpear la probeta queda determinada por:

[pic 8]

Las probetas que fallan en forma frágil se rompen en dos mitades, en cambio aquellas con mayor ductilidad se doblan sin romperse. Este comportamiento es muy dependiente de la temperatura y la composición química, esto obliga a realizar el ensayo con probetas a distintas temperaturas, para evaluar la existencia de una “Temperatura de transición dúctil-frágil”.

Entre mayor sea la fragilidad del material y menor su tenacidad más fácil romperá el péndulo la probeta y mayor altura alcanzara tras el impacto. Materiales dúctiles y tenaces son capaces de absorber grandes cantidades de energía de impacto pueden incluso resistir el choque sin llegar a romperse.

1. MATERIAL

1. Tres (3) Probetas de material metálico (acero):[pic 9]

Figura 2: ASTM E -23

En este ensayo se recomienda las dimensiones indicadas en la figura 2, aunque existen tres tipos de entalladura esta práctica se realizara con entalladura en V, la elaboración de la entalladura se debe realizar con mucho cuidado, su forma puede influir con la temperatura de transición

1. EQUIPOS

• Equipo para ensayo de impacto (péndulo de charpy), Marca: veb werkstoffprüfmaschinen, Industria Alemana, Modelo: 1973 Figura.3
• Pinzas
• Termocupla
• Estufa
• Acetona
• Aceite
• Nitrógeno liquido

[pic 10]

Figura 3: Equipo para ensayo de Impacto, Marca: veb werkstoffprüfmaschinen, Industria Alemana, Modelo: 1973

1. DESARROLLO EXPERIMENTAL

El desarrollo de esta práctica se hace según la norma ASTM E-23

1. La máquina debe estar anclada en una base muy firme y nivelada.

1. La probeta debe recibir el golpe de forma totalmente perpendicular y el mecanismo de liberación del péndulo de su posición inicial debe actuar en forma que ni le aumente ni le disminuya el impulso, y tampoco produzca vibración lateral, asegurando que le mínimo de energía sea transmitido al centro de rotación.

1. Es necesario que le golpe dado por el péndulo sea dado en el punto más cercano posible a su centro de percusión, la probeta debe abandonar libremente la máquina, sin inferir con el movimiento del péndulo y sin rebotar sobre él.

1. Si se hace la prueba a temperaturas diferente a la ambiente, las probetas deben permanecer a la temperatura deseada por lo menos durante los 10 min previos al ensayo; las pinzas para el manejo de las muestras también deben tener la temperatura apropiada.

1. El tiempo entre la extracción de la probeta de su medio a la temperatura a la ambiente y la liberación del péndulo, no debe sobrepasar los 5 segundos.

Recomendaciones de Uso

1. Para hallar un resultado real hay que tener en cuenta las perdidas; como son el rozamiento con el  aire y los cojinetes, arrastre de la aguja, probeta mal alineada, vibraciones etc.

1. Evitar choques, vibraciones y movimiento lateral durante la medición.

1. Asegurarse de que la muestra cumpla con los requerimientos de inclinación y acabado superficial.

1. Precauciones en la Manipulación del Nitrógeno Líquido, por sus riesgos:

* Quemaduras por frío o congelación por contacto directo con Nitrógeno Líquido. El nitrógeno se encuentra a una temperatura de -196º cuando está en ebullición a la presión de una atmósfera. Estas quemaduras también se pueden producir por contacto con equipos, etc., en los que es corriente que se forme hielo, si bien en la superficie puede tener una temperatura próxima a 0 ºC a medida que se profundiza, esta temperatura desciende notablemente. Si por alguna circunstancia se desprende la capa superficial y se produce el contacto directo de alguna parte del cuerpo con la capa al descubierto, las quemaduras que se producen son graves.

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