Los ensayos de impacto

LABORATORIO DE CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES

ENSAYO DE IMPACTO

RESUMEN

El objetivo general de esta práctica es evaluar el comportamiento de las probetas con entalla frente a ensayos dinámicos de impacto Charpy e Izod, según normas estandarizadas, para esto se ensayaron con 2 probetas de acero en el ensayo de impacto Charpy y una de polietileno de alta densidad para el ensayo de impacto Izod; estos ensayos se ejecutaron a diferentes temperaturas, a excepción del ensayo de impacto Izod el cual se ejecutó a una determinada temperatura, además se llevaron a cabo regido por  un procedimiento ya establecido bajo las normas de seguridad discutidas con el docente. Entre los resultados tenemos las energías absorbidas por las probetas y estas energías son mayores mientras la temperatura aumenta en el ensayo Charpy, en el ensayo Izod solo se experimentó con una temperatura pero dado que estos ensayo se diferencian por la posición de la probeta antes del impacto se infiere que también aumenta la energía absorbida al aumentar la temperatura.

Palabras Clave: Impacto, fractura, entalla, energía, probeta.

1. INTRODUCCIÓN

Los ensayos de impacto determinan la capacidad de un material para absorber energía frente a cargas de choque, lo cual nos proporciona información sobre el comportamiento del material frente a las condiciones del ensayo, es decir si es dúctil o frágil, el comportamiento es dependiente de la temperatura a la cual se realiza el ensayo, por lo que es práctica común ensayar probetas a temperaturas variadas y verificar si el material experimenta un transición dúctil-frágil al disminuir la temperatura. Si las ondas de choque generadas por las altas velocidades de aplicación de la carga se refuerzan entre sí antes de que la tensión interna se atenúe, pueden ocurrir fracturas frágiles en materiales, que en otras circunstancias se comportan como dúctiles. Para varios materiales los resultados del ensayo de impacto sobre muestras entalladas predicen con bastante precisión la probabilidad de comportamiento frágil de materiales en condiciones de servicio.

La energía de impacto puede ser medida mediante ensayos Charpy y ensayos Izod, las probetas para ambos ensayos son barras de sección cuadrada, las cuales tienen mecanizadas una entalla en forma de V, para el ensayo Charpy se coloca la probeta en posición horizontal mientras que en el ensayo Izod se coloca la probeta en posición vertical. La profundidad de la entalla, el tamaño y la forma de la probeta influyen en los resultados, los resultados de los ensayos son relativos y se usan para fines comparativos.

Los ensayos de impacto se realizan bajo normas internacionales, disponiendo para metales de las Normas ASTM E23, la ISO 148-1 y la EN 10045-1. Estas normas describen los ensayos Charpy e Izod, establecen los requerimientos dimensionales de las muestras, el procedimiento del ensayo y la forma de reportar resultados.

Un equipo de ensayo Charpy generalmente se caracteriza por una carga que se aplica con un martillo en forma de péndulo de masa (M) y longitud (L), que golpea a la muestra al dejarlo caer desde una altura preestablecida (h) a un cierto ángulo (α) que permite controlar la velocidad de impacto, tras la rotura, el péndulo continúa su camino hasta alcanzar una cierta altura y cierto ángulo (β); con estos datos podemos determinar la energía absorbida para fracturar la probeta, según la ecuación:  𝐸𝑎 = 𝑀𝑔𝐿⌈𝐶𝑜𝑠(𝛽) − 𝑐𝑜𝑠(𝛼)⌉, siendo g la aceleración de la gravedad; pero en la práctica, al romperse la muestra, el péndulo mueve una aguja sobre una escala calibrada que permite leer directamente la energía absorbida por la muestra. Una vez finalizado el ensayo podemos evaluar la superficie de fractura, para determinar si es dúctil, frágil o el porcentaje de cada una, si es mixta.

Como ya mencionamos para el ensayo Charpy se coloca la probeta de forma horizontal y para el ensayo Izod la probeta debe estar en forma vertical.

II. EQUIPOS E INSTRUMENTACIÓN

Los materiales e instrumentos que se emplearon para la realización del experimento fueron las muestras entalladas según normas para ensayos Charpy e Izod, agua, hielo, etanol, hielo seco, sal, plancha de calentamiento, guantes, pinzas, beakers, agitadores, vernier, máquina de ensayos de impacto Charpy e Izod, la máquina de impacto Charpy es de marca Tinius Olsen, que tiene un rango de energía de 0 a 36.5 kgf*m.

Máquina de impacto IZOD

[pic 1]

Máquina de impacto CHARPY

[pic 2]

1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Antes de empezar con la realización del experimento se discutió las consideraciones de seguridad con el profesor, luego se procedió con la realización del ensayo, primero se midió las dimensiones de la muestra de ensayo, las medidas estándar de las muestras son 10x10x55 mm3 con un ángulo de entalla de 45o y 2 mm de profundidad localizada en el centro de la muestra, luego se procedió a ensayar las muestras a la temperatura correspondiente de acuerdo con lo especificado en la Tabla 2, comenzando con las muestras a temperatura ambiente, después se colocó la muestra en la máquina de ensayo Charpy, el lado opuesto a la entalla se debe colocar frente al péndulo, ya que el martillo impactará sobre esta zona, luego se elevó el péndulo a la altura correspondiente a la máxima energía almacenada de 300 para liberarlo y este impacte la muestra, se detuvo el péndulo cuidadosamente cuando retornó, luego se aseguró el péndulo colocándolo en su posición inicial en la máquina de ensayos y se retiró cuidadosamente la muestra sin dañar la superficie de fractura, después se registró la energía absorbida para esa temperatura y se repitió el ensayo a la misma temperatura para obtener un valor promedio, finalmente se repitió el procedimiento a las otras temperaturas,  dos muestras por condición y se sumergió las muestras en el medio seleccionado aproximadamente por diez minutos para garantizar una temperatura uniforme en toda la muestra. El lapso entre la extracción de la muestra del medio y la ejecución del ensayo no duró más de 5 segundos. Se registró la energía absorbida.

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