ensayo de flexion por impacto no valido

Materiales Prácticas de laboratorio

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PRACTICA 4:

ENSAYO DE FLEXION POR IMPACTO O CHOQUE

David Bueno Sáenz

Grado ingeniería mecánica

Grupo Laboratorio A-3


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ENSAYO DE FLEXION POR IMPACTO

OBJETIVO

Los objetivos de esta práctica consisten en:

• Realizar un ensayo de flexión por impacto o choque con el péndulo Charpy para poder

caracterizar las propiedades algunas propiedades mecánicas de un metal mediante su

comportamiento tensión-deformación.

• Familiarizarse con el empleo de estas técnicas, la normativa existente para los ensayos, las

unidades de medida, los valores característicos y la nomenclatura asociada a los resultados.

MATERIAL

► Tres probetas de tipo Charpy aprobadas por I.S.O (Internacional Standard Organización, ex

I.S.A) con entallas en V EN acero F1140 (C45; Acero no aleado con un 0,45% de carbono sin

impurezas) de sección rectangular y entalla en V (Posibles entallas según norma en V o en U) de

las siguientes dimensiones:

L=55mm Largo

W=10mm Ancho

H=10mm aLTO

l=10mm (distancia hasta la zona de trabajo)

► Probeta cilíndrica de acero F1140 (C45; Acero no aleado con un 0,45% de carbono sin

impurezas) según la norma de caracterización del ensayo, de las siguientes dimensiones:

L=100mm (Longitud de la zona de trabajo)

Lo=66,3mm (Longitud de la zona de trabajo con diámetro constante)

φ =6,05mm


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Imágenes 1 y 2: probetas tipo charpy para ensayo de flexión y probeta cilíndrica para tracción

► Calibre

► Maquina de ensayo, PENDULO TIPO SATEC

Imágenes 3 y 4: péndulo usado y esquema funcionamiento del péndulo Charpy


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FUNDAMENTO

En elementos sometidos a efectos exteriores instantáneos o variaciones bruscas de las cargas, las

cuales pueden aparecer circunstancialmente en la realidad, su fallo 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 en experiencias de choque o impacto.

El ensayo de tracción estático nos da valores correctos de la ductilidad de un metal, no resulta preciso

para determinar su grado de tenacidad o fragilidad, en condiciones variables de trabajo.

Los ensayos de choque determinan, pues, la fragilidad o capacidad de un material de absorber cargas

instantáneas, por el trabajo necesario para introducir la fractura de la probeta de un solo choque, el que se

refiere a la unidad de área, para obtener lo que se denomina resiliencia o Tenacidad a la entalla, siendo

esta el área que se encuentra bajo la curva Tensión-deformación en la zona plástica, la cual se mide de la

siguiente manera:

02Lr

E

Volumen

EARESILIENCI Aabsorvida

π== (en el caso de una probeta de sección circular)

Grafica 1: Área bajo la curva tensión-deformacion

Area verde: Resiliencia (energía bajo límite elástico)

Área amarilla: Tenacidad (energía bajo rotura)

Este concepto, tampoco nos ofrece una propiedad definida del material, sino que constituye un índice

comparativo de su plasticidad, con respecto a las obtenidas en otros ensayos realizados en idénticas

condiciones, por lo que se debe tener muy en cuenta los distintos factores que inciden sobre ella.


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Diremos pues que el objeto del ensayo de choque es el de comprobar si una maquina o estructura

fallará por fragilidad bajo las condiciones que le impone su empleo, cuando las piezas experimentan

concentración de tensiones, por cambios bruscos de sección, maquinados incorrectos, fileteados,

etcétera…

El ensayo que vamos a utilizar en esta práctica para medir la Resilienca es un ensayo de flexión por

choque con el método Charpy utilizando un pendulo tipo SATEC para ello. Este péndulo en su

movimiento descendente aplicará la energía de ensayo necesaria, siendo la máxima para nuestro ensayo

de 300J.

El método Charpy utiliza probetas ensayadas (estado triaxial de tensiones) y velocidades de

deformación de 4,5 a 7m/s, entorno recomendado por las normas el de 5 a 5,5m/s.

Las I.R.A.M aconsejan realizar el ensayo de choque por el método Charpy, con el empleo de probetas

entalladas aprobadas por I.S.O (Internacional Standard Organización, ex I.S.A) que tienen las

dimensiones indicadas en la figura. Par esta práctica se ha elegido la opción a con entalla en V.

Esquema 1: Dimensiones de las probetas normalizadas.

La resiliencia al choque resultará, según este método, el trabajo gastado por unidad de sección

transversal para romper al material de un solo golpe:

Joule/cm²) o (Kgf/cm² S

A K 0==ARESILIENCI

Se van a realizar tres ensayos, según normativa (uno por probeta) para determinar la Tenacidad de

entalla en función de la energía suministrada, indicándose los resultados de la siguiente manera:

• Caso a: ][JEKUoKVEE ABSORVIDAMAXASUMINSTRAD =→=

• Caso b: ][_ JEEKUoKVEE ABSORVIDADASUMINISTRAMAXASUMINSTRAD =→<

• Caso C:


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o Si S<S0

S=7,5x7,5

S= 5X5

][/_ JELEKUoKV ABSORVIDADASUMINISTRA =

Siendo L el lado de la sección transversal.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

1ª PARTE: TRACCIÓN NORMALIZADA (por choque)

Se procedió a realizar un primer ensayo de tracción por choque en el péndulo. De manera que se

pueda determinar el alargamiento y la estricción.

Para ello se colocó la probeta longitudinalmente sobre los apoyos del péndulo y se dejó caer el

péndulo desde una altura determinada (según la energía de impacto a proporcionar) ,de manera que al

dejar caer el mismo arrastrara, por impacto, de una de los extremos de la probeta, quedando el otro fijado

a el soporte de la base hasta su fallo por rotura a tracción.

Para este ensayo se le proporcionó una energía de impacto de 108J y se recogieron los resultados.

2ª PARTE: ENSAYO DE FLEXIÓN POR CHOQUE

Para esta segunda parte se colocó una de las probetas, como muestra la figura siguiente, simplemente

apoyada sobre la mesa de máquina y en forma tal que la entalladura se encuentra del lado opuesto al que

va a recibir el impacto. En la misma figura se puede observar la correcta posición del material como así

también la forma y dimensiones de los apoyos y de la pena del martillo pendular.


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Probeta CHARPY lista para ensayar

Imagen 5: Posición e impacto de la Probeta

Imagen 6: Posición de la probeta sobre la base del péndulo

Para su rotura, en este caso por impacto del péndulo en su movimiento descendente sobre la parte

trasera de la entalla, se determinó primero cual era la energía de impacto que queríamos impartir sobre la

probeta y se calibró entonces la altura del péndulo antes de dejarlo caer en función de esta energía.

Este ensayo se repitió un total de tres veces con tres probetas distintas con las siguientes energías de

impacto: 300J, 250J y 200J.

RESULTADOS

1ª PARTE: TRACCIÓN NORMALIZADA (por choque)

Se obtuvieron las siguientes mediadas sobre la probeta:

mmfinal 9,3=φ

mmL final 9,71=

Con estos datos procedemos a determinar la alargación y estricción por impacto de la siguiente

manera:

%78,71009,71

3,669,71100(%) =⋅

−=⋅

−=

f

of

L

LLTOALARGAMIEN

%53,3510005,6

9,305,6100(%)

0

0=⋅

−=⋅

−=

φ

φφ fESTRICCIÓN


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2ª PARTE: ENSAYO DE FLEXIÓN POR CHOQUE

Se obtuvieron los siguientes resultados:

CASO Energía

Suministrada (J)

Energía Absorbida

(J) Nomenclatura

A 300 66 KV=66J

B 250 100 KV250=100J

C 200 148 KV200=148J

Comparando la tensión de rotura frente a las diferentes energías por impacto aportadas las cuales

vienen dadas en función de la velocidad de aplicación de la carga, observamos que el área bajo la curva

de tensión-deformación hasta la rotura (tenacidad a la entalla) es mayor, y por tanto el valor absoluto de la

energía absorbida, cuanto menor sea la energía de impacto aplicada.

ENERGIA IMPACTO

0

20

40

60

80

100

120

140

160

E.APLICADA

E.A

BS

OR

BID

A

Serie1

Gráfica 2: Tenacidad a la entalla


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CONCLUSIÓN

Mediante el ensayo de flexión por choque hemos conseguido:

1. Caracterizar y diferenciar las propiedades mecánicas de un acero frente a cargas de flexión por

impacto y de tracción por impacto o choque, midiendo la energía que el metal es capaz de

absorber hasta su rotura cuando aplicamos diferentes energías de impacto:

a. Comparando la tensión de rotura frente a las diferentes energías por impacto aportadas las

cuales vienen dadas en función de la velocidad de aplicación de la carga.

b. Observamos, por lo anteriormente expuesto, que el área bajo la curva de tensión-

deformación hasta la rotura (tenacidad a la entalla) es mayor, y por tanto el valor absoluto

de la energía absorbida, cuanto menor sea la energía de impacto aplicada.

c. Concluimos en la lógica de esta última afirmación puesto que a mayor velocidad de

aplicación de la carga o energía de impacto que el metal tiene que absorber, menos tiempo

dispone el mismo para reordenar su estructura cristalina mediante cambios por dislocación,

volviéndose una estructura menos plástica, con un menor valor de tenacidad a la entalla

con altos valores de impacto.

2. Familiarizarnos con estas técnicas de ensayo, sus fundamentos y objetivos.

3. Familiarizarnos un poco más con el empleo de herramientas en el laboratorio.

ensayo de flexion por impacto no valido

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