Ensayo de impacto

ResumenMediante el ensayo de impacto Charpy (pndulo), se desea determinar el comportamiento de tres probetas norma sometidas a una carga de choque; midindose la energa absorbida al romperse cada una de ellas, teniendo en cuenta que cada una de ellas est a diferente temperatura. Por lo tanto, se graficar la resiliencia (capacidad de un material para absorber energa) vs la temperatura, lo cual nos da el cambio del estado de un material (desde frgil hasta dctil) variando la temperatura.

ABSTRACT: ByCharpyimpact test(pendulum), it is desiredto determine the behaviorruleofthree samplessubjected toashock load,by measuringthe energy absorbedatbreakeach, bearing in mind thateachisat different temperatures.Thereforebe plottedresilience (ability of a materialto absorb energy) vs.temperature,which gives ushowchanges the stateof a material (frombrittletoductile) varyingthe temperature.

PALABRAS CLAVES: prueba de impacto, tenacidad, ensayo tipo Charpy, resiliencia, temperatura.

INTRODUCCINEnsayo de impactoSegn Instron Worldwide Headquarters, es un mtodo para determinar el comportamiento del material sometido a una carga de choque en flexin, traccin o torsin. La cantidad que suele medirse es la energa absorbida al romperse la probeta en un solo golpe, como en el ensayo de impacto Charpy, el ensayo de impacto Izod y el ensayo de tensin por impacto. Los ensayos de impacto tambin se realizan sometiendo las probetas a varios golpes de intensidad creciente, como en el ensayo de impacto con cada de bola y el ensayo de impacto con golpe repetido. La resilencia al impacto y la dureza con rebote de proyectil se determinan en ensayos de impacto no destructivos.

Energa de impactoEs la energa necesaria para romper una parte sometida a una carga de choque como en un ensayo de impacto.

Resistencia al impactoEnerga necesaria para romper una probeta sometida a una carga de choque, como en un ensayo de impacto. Es una indicacin de la dureza del material.

Pndulo de CharpyElpndulo de Charpyse utiliza en ensayos para determinar la tenacidadde un material. Elpndulocae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del pndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir laenerga absorbida en el proceso de fracturar laprobeta. En estricto rigor se mide la energa absorbida en el rea debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia.Latenacidades la energa total que absorbe un material antes de alcanzar la rotura, por acumulacin dedislocaciones.

Fig. 1. Pndulo Charpy.

Cuando un material presenta mayor resiliencia que otro, generalmente presenta mayor tenacidad. Sin embargo, dicha relacin no es lineal.La tenacidad corresponde al rea bajo la curva de unensayo de traccinentre la deformacin nula y la deformacin correspondiente allmite de rotura.La resiliencia es la capacidad de almacenar energa en el periodo elstico, y corresponde al rea bajo la curva del ensayo de traccin entre la deformacin nula y el lmite de fluencia.

Ensayo IzodEnsayo para determinarla dureza,o la tendenciadeunmaterial para resistirroturaal ser sometidas achoque repentino.Se trata demuescas en laprobeta de ensayo,sujetando un extremo(en una configuracin deviga en voladizo)y golpearel otro extremoparaque se rompa.

Objetivos: Determinar la resiliencia de un acero AISI 1020 en estado recocido. Verificar la variacin resiliencia de un acero AISI 1020 en funcin de la temperatura. Conocer el principio de funcionamiento y procedimiento de operacin del equipo para efectuar pruebas de impacto.

MATERIALES Y MTODOS:

Equipo necesario: Pndulo Charpy para pruebas de impacto. Pinzas para manipulacin de probetas. Calibrador. Horno de calentamiento elctrico. Congelador para baja temperatura. Probetas estandarizadas para ensayos de resiliencia. Explicacin del profesor:La grfica de resiliencia en funcin de la temperatura (); del cual se observa el cambio de estado de un material, que puede ser desde frgil hasta dctil.Se valorar como bajas temperaturas (-150), en donde se produce la criogenia y altas temperaturas se valoran desde los 1000A la hora de que un material pierde dureza, ste inicia a ser dctil. Al graficar se obtiene una curva tipo S en donde el punto ms bajo, indica fragilidad y el ms alto ductilidad.Segn la absorcin de energa que presente un material se puede identificar su comportamiento, poca absorcin, evidencia fragilidad mientras que una gran absorcin de energa lo presentan los materiales dctiles.Conforme aumenta la temperatura, aumenta la ductilidad. El comportamiento de los aceros aleados al ensayo de impacto es distinto, por evidencias pasadas se tiene el conocimiento de que hay una precipitacin de carburos (color azulado) lo que grficamente se observa como un decaimiento, el cual se da entre los 250 y 475 , por lo tanto se evita la precipitacin de carburos.

Reconocimiento de los instrumentos, equipo y materiales.Las instalaciones presentan condiciones ambientales controladas y a diferencia de las prcticas realizadas anteriormente hay una zona controlada, marcada debidamente para evitar accidentes con el pndulo Charpy para la prueba de impacto.Con respecto de ste martillo pendular de impacto o pndulo tipo Charpy, su funcin es a partir de la energa cintica que posee 358 J cuando se posiciona en la parte de arriba queda alineada con la probeta para la cual se utilizan unas pinzas autoajustables para lograr colocarla.

Ejecucin de las pruebasSe posiciona el martillo pendular de impacto en su mxima energa potencial y la aguja de la cartula en el mximo valor de escala, mediante las pinzas autoajustables se toma la probeta (anteriormente se le debe medir su seccin transversal, con el calibrador) y se posiciona en el porta muestras. Asegurndose que la entalla de la muesca quede en la posicin correcta se retira el seguro del pndulo. Esto se debe realizar para tres probetas: una a temperatura ambiente, otra extrada del congelador y por ltimo una extrada del horno de calentamiento.Luego de realizarse el impacto se analiza cada probeta observando la falla y diferenciando las distintas muestras que proporciona sta propiedad mecnica.

Valoracin de resultadosMediante la observacin en la escala del martillo pendular se determinan los valores de resiliencia para cada una de las probetas, sabiendo:

Se realiza un diagrama de resiliencia en funcin de la temperatura, tipo s, se evidencia el cambio del estado de un material variando la temperatura.

RESULTADOS Y ANLISIS.

Resultados:Tabla 1. Resultados experimentales.

ProbetaTemperatura (C)Resiliencia (J/ c)Tipo de falla

11980.41Muy irregular

2433.04Irregular

340061.48Menos irregular, muy astillada

Tabla 2. Mediciones.

ProbetaAncho 1 (cm)Ancho 2 (cm)Seccin transversal (c)Energa absorbida (J)

10.720.950.68455

20.5250.980.514517

30.5450.9550.520532

Grfica 1. Diagrama de resiliencia en funcin de la temperatura

Anlisis: Probeta 1: Probeta norma AISI 1020, que se encontraba a temperatura ambiente 19C. El lugar de la fractura tiene una topografa irregular, sobre la cual predomina un color grisceo. No se parti en dos. Mediante observacin, una parte de la probeta se desliz (seccin brillante) y luego se produjo la fractura. Absorbi 55 joule de energa. En la zona donde se produjo la fractura predominaban las astillas. Probeta 2: Probeta norma AISI 1020, que se encontraba en el congelador para baja temperatura, marc 4C. Presenta un tipo de falla menos irregular que la probeta1, una zona muy astillada e igualmente otra zona brillante. Tampoco se produjo una fractura completa. En la zona de fractura present un color gris-blanco. Absorbi 17 joule de energa. Probeta 3: Se produce una fractura completa, resultando en dos partes. En la zona de fractura: se observa un tono azulado, con una zona menos irregular, pero muy astillado. Presenta la evidencia del golpe, que le proporcion el pndulo.

Se tiene que conforme aumenta la temperatura aumenta la ductilidad; la fragilidad se evidencia por un poco absorcin de energa y la ductilidad por una gran absorcin de energa. De lo anterior se puede observar mediante una comprensin grfica, para la menor absorcin de energa se dio en la probeta a 4C y sigui aumentando conforme suba la temperatura, en la probeta 3 a aproximadamente 400C se present un aumento de absorcin de energa y por ende de la ductilidad. En la probeta 3, se evidenci la enfermedad del azul, en donde la zona de fractura present un color azulado presencindose la precipitacin de carburos, esto debido a la temperatura que se encontraba el acero (aprox. 400C) Y se prohbe que ste llegue a un intervalo de 250-450C, evitando sta precipitacin de carburos.

Fig. 2. Fractura de las probetas 1 y 2

CONCLUSIONES Se realiz el ensayo de impacto a una probeta de acero a la cual se le realiz un previo recocido para poder trabajarla mejor y alcanzara altas temperaturas, determinando su resiliencia y verificando que a mayor temperatura el material tendr mayor ductilidad, por consiguiente se observ la precipitacin de carburos que se da en los aceros que caen entres los 250-400C, lo cual se evidenci en el tono azulado presente en la zona de fractura. Mediante comprensin grfica y una complementacin terica, se logr verificar la variacin de resiliencia de un acero AISI-1020, obteniendo la siguiente relacin, mayor temperatura implica aumento de ductilidad y a la vez gran absorcin de energa; conforme disminuye la temperatura, aumenta la fragilidad y as mismo hay poca absorcin de energa. Y mediante sta relacin se logra conocer la utilidades de los distintos materiales. La prueba de impacto se realiz con el pndulo tipo Charpy, el cualse utiliza en para determinar la tenacidadde un material, trabajando mediante una energa potencial de 358J (para ste caso). Elmartillo pendularcae sobre el dorso de la probeta, la cual segn Avner, son muestras tipo muesca, y se utilizan dos tipos de sta, la muesca ojo cerrado y la muesca en V. La que se utiliz fue la muesca ojo de cerradura. Mediante la escala que posee la mquina, se mide laenerga absorbida en el proceso de fractura. Y anteriormente se debe calcular la seccin transversal del material y as averiguar mediante la relacin: energa absorbida y seccin transversal, la resiliencia.

Bibliografa

Avner, S. (1988). Introduccin a la metalurgia fsica. Mxico: McGraw-Hill.INSTRON. (s.f.). http://www.instron.com.ar/wa/home/default_es_ar.aspx. Recuperado el 25 de Febrero de 2012S., T. (1957). Resistencia de Materiales. Madrid: ESPASA-CALPE, S.A.