Tenacidad

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. Por ejemplo, el vidrio, el hierro fundido y el acero endurecido son poco tenaces, porque sus ductilidades son muy bajas y en algunos casos casi cero, aunque tienen una buena resistencia (bastantes duros). Un metal como el cobre es bastante tenaz, pues tiene una buena resistencia y buena ductilidad. Mientras que una "goma de mascar" tiene menos tenacidad, ya que aunque la ductilidad es enorme su resistencia es muy baja.

Ensayo de Charpy.

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.

Metodología.

Para la experiencia realizada se entregaron 2 probetas de acero SAE1020, con la característica especial de tener una entalla en “V” en el centro de una da sus caras como se puede apreciar en la Figura N°4.

En forma previa al ensayo, se colocó una probeta en un recipiente con hielo seco (CO2) para disminuir su temperatura y se dejó una probeta a temperatura ambiente.

Para realizar el ensayo, se debió determinar previamente la pérdida de energía por roce en la máquina de ensayo, lo que determina la referencia para las mediciones de energía absorbida en la ruptura del material.

Una vez medidas las pérdidas por roce, se colocaron las probetas en la posición necesaria para dejar caer el martillo de impacto, que debía golpear a la probeta, como se indica en la figura 4. Cabe recalcar que antes de realizar cada ensayo, se midió la temperatura de cada probeta

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