Resistencia de Materiales 2016
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCINICA DE CHIMBORAZO ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL FACULTAD FACULTAD MECÁNI ME CÁNICA CA ASIGNATURA RESISTENCIA DE MATERIALES
ENSAYO N° 9 TEMA: “ ENSAYO ENSAYO DE IMPACTO CHARPY” MATERIAL: Acero REALIZADO POR: Salvatierra Gómez Rubén Darío (1!" FECHA DE ENTREGA: 27/06/2016 FECHA DE REALIZACIÓN: 25/06/2016 REVISÓ: in#$ Mar%o Armen&'riz APROBÓ: PERÍODO: Abril !1) * A#o+to !1)
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Resistencia de Materiales 2016
OBJETIVOS:
GENERAL: Realizar el en+a,o &e im-a%to C.ar-, en una -robeta normaliza&a me&iante el u+o &el /én&ulo C.ar-, &e %a-a%i&a& &e ! 0oule , &eterminar la tena%i&a& &e &i%.o a%ero en el laboratorio &e Re+i+ten%ia &e Materiale+ &e la a%ulta& &e Me%'ni%a &e la ES/2C3$
ESPECÍFICOS: •
•
•
A-li%ar la normativa a&e%ua&a -ara el &e+arrollo &e un en+a,o &e im-a%to C.ar-, en &o+ -robeta+ &e &i4erente -ro%e&en%ia (abri%a"$ Determinar la %a-a%i&a& &e ab+or%ión &e ener#ía en %on&i%ione+ &e im-a%to 5ue -re+enta %a&a -robeta en+a,a&a$ Com-arar lo+ &ato+ obteni&o+ en el laboratorio %on %at'lo#o+ e6i+tente+ en el mer%a&o$
MATERIALES Y EQUIPOS: EQUIPO
GRÁFICO
/én&ulo C.ar-,
Calibra&or -ie &e re,
le6ómetro
/robeta 2
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DATOS PARA LA REALIZACIÓN DEL ENSAYO: T!" RES7LTAD2S IM/ACT2 (ACER2 89:" /robeta A%ero Entalle en ;9; /robeta 1
Ener#ía Ab+orbi&a 0oule $<
<
MARCO TEORICO:
PÉNDULO CHARPY El -én&ulo &e C.ar-, e+ un -én&ulo i&ea&o -or Geor#e+ C.ar-, 5ue +e utiliza en en+a,o+ -ara &eterminar la tena%i&a& &e un material$ Son en+a,o+ &e im-a%to &e una -robeta entalla&a , en+a,a&a a 4le6ión en -unto+$ El -én&ulo %ae +obre el &or+o &e la -robeta , la -arte$ La &i4eren%ia entre la altura ini%ial &el -én&ulo (." , la 4inal tra+ el im-a%to (.=" -ermite me&ir la ener#ía ab+orbi&a en el -ro%e+o &e 4ra%turar la -robeta$ En e+tri%to ri#or +e mi&e la ener#ía ab+orbi&a en el 'rea &eba>o &e la %urva &e %ar#a? &e+-lazamiento 5ue +e %ono%e %omo re+ilien%ia$
F#$%&" La ener#ía ab+orbi&a en el im-a%to -or la -robeta u+ualmente +e %al%ula %omo la &i4eren%ia &e altura+ ini%ial , 4inal &el -én&ulo? e+to +u-one? obviamente &e+-re%iar al#una+ -ér&i&a+ -or rozamiento"$ La 4órmula &e %'l%ulo -ara la ener#ía &e im-a%to e+@ 3
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Don&e@
': e+ la ener#ía em-lea&a en la rotura en 0oule$ P: e+ la ma+a &el -én&ulo en B#$ (: e+ la #rave&a& (? m+F"$ ): e+ la altura ini%ial &el -én&ulo$ )*: e+ la altura 4inal &el -én&ulo$ ": e+ la lon#itu& &el -én&ulo en metro+$ + , -: +on lo+ 'n#ulo+ 5ue 4orma el -én&ulo %on la verti%al ante+ , &e+-ué+ &e +oltarlo? re+-e%tivamente$
ENSAYO DE IMPACTO Lo+ en+a,o+ &e im-a%to +e llevan a %abo -ara &eterminar el %om-ortamiento &e un material a velo%i&a&e+ &e &e4orma%ión m'+ eleva&a+$ Lo+ -én&ulo+ &e im-a%to %l'+i%o+ &eterminan la ener#ía ab+orbi&a en el im-a%to -or una -robeta e+tan&ariza&a? mi&ien&o la altura &e eleva%ión &el martillo &el -én&ulo tra+ el im-a%to$ Generalmente +e a-li%an vario+ méto&o+ &e en+a,o la+ mi+ma+ 5 van &entro &e normativa+ e+-e%í4i%a+@ ASTM E •
•
INEN 1!
Dentro &e la norma ASTM E -ara valore+ %ara%terí+ti%o+ &e -unto ni%o? el méto&o &e en+a,o -re4eri&o e+ C.ar-, &e a%uer&o %on la norma$ /ara ello? el en+a,o +e realiza en -robeta+ no entalla&a+ %on im-a%to en el la&o e+tre%.o (1e7"$ Si la -robeta no +e rom-e en e+ta %on4i#ura%ión? el en+a,o +e realizar' %on -robeta+ entalla&a+? aun5ue en e+te %a+o? lo+ re+ulta&o+ no +on &ire%tamente %om-arable+$ Si to&avía no +e lle#a a la rotura &e la -robeta? +e a-li%ar' el méto&o &e tra%%ión -or im-a%to$
El -ro%e&imiento C.ar-, tiene una am-lia #ama &e a-li%a%ione+ , e+ el m'+ a&e%ua&o -ara el en+a,o &e materiale+ 5ue -re+entan rotura -or %izallamiento interlaminar o e4e%to+ &e +u-er4i%ie$ A&em'+? el méto&o C.ar-, o4re%e venta>a+ en lo+ en+a,o+ a ba>a tem-eratura? ,a 5ue lo+ a-o,o+ &e la -robeta +e en%uentran m'+ ale>a&o+ &e la entalla&ura , evitan? &e e+te mo&o? una r'-i&a tran+mi+ión &e %alor a la+ -arte+ %ríti%a+ &e la -robeta$
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Al#uno+ 4abri%ante+ &e automóvile+ alemane+ em-lean -ara el en+a,o &e -robeta+ -e5ueHa+ el méto&o 4le6ión -or im-a%to D,n+tat$ E+te méto&o +e &e+%ribe +olamente en la DIN$ De a%uer&o %on IS2? un martillo +e -ue&e em-lear en un ran#o &el 1! al ! &e +u ener#ía -oten%ial nominal$ ASTM -ermite .a+ta un <$ La &i4eren%ia -rin%i-al entre IS2 , ASTM re+i&e en la +ele%%ión &el tamaHo &el martillo$ Se#n IS2? .a, 5ue em-lear +iem-re el martillo m'+ #ran&e -o+ible? a -e+ar &e 5ue la %obertura &e ran#o+ e+ a ve%e+ mínima$ E+ta e6i#en%ia +e ba+a en el +u-ue+to &e 5ue la -ér&i&a &e velo%i&a& al rom-er la -robeta +e tiene 5ue mantener en un mínimo$ El martillo e+t'n&ar &e+%rito en ASTM tiene una ener#ía -oten%ial nominal &e ?J >ulio+? to&a+ la+ &em'+ ma#nitu&e+ +e obtienen multi-li%an&o -or &o+$ En e+te %a+o? +e .a &e +ele%%ionar el martillo m'+ -e5ueHo &el ran#o -ara el en+a,o$
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CONSIDERACIONES GENERALES. Lo+ im-a%to+ &e en+a,o a 4le6ión +on realiza&o+ %on la a,u&a &el -én&ulo &e C.ar-,? %on una ener#ía 5ue +obre-a+a lo+ ! K#4%m$ El e+5uema &e en+a,o +e mue+tra en la 4i#ura$
La mue+tra +e %olo%a .orizontalmente en un -atrón e+-e%ial 5ue #arantiza e+tri%tamente la -o+i%ión &e la in%i+ión (ranura? entalla" en la -arte me&ia &el vano entre lo+ a-o,o+$ El im-a%to e+ a-li%a&o &e+&e el la&o o-ue+to a la in%i+ión? en el -lano -er-en&i%ular al e>e lon#itu&inal &e la mue+tra$ El -én&ulo +e 4i>a en la -o+i%ión +u-erior ini%ial a la altura .a &e 1?) m? lo 5ue %orre+-on&e a una velo%i&a& &el %u%.illo &el -én&ulo? en el momento &el im-a%to &e a%ión +e retira? el -én&ulo %ae libremente -or e4e%to &e +u -ro-ia #rave&a& a-li%an&o un im-a%to a la mue+tra? 5ue la en%orva , &e+tru,e elev'n&o+e en rela%ión al e>e verti%al &el -én&ulo C.ar-, en un 'n#ulo $ E+te 'n#ulo e+ tanto menor? %uanto ma,or e+ la ener#ía a-li%a&a en el -ro%e+o -or el -én&ulo -ara la &e4orma%ión , &e+tru%%ión &e la mue+tra$ /or me&io &e la e+%ala? +e mi&e el 'n#ulo &e eleva%ión &el -én&ulo , &ire%tamente +e lee la ener#ía %on+umi&a en el -ro%e+o (la e+%ala &el in&i%a&or e+ta #ra&ua&a en Kilo-on&io+ -or metro K-m"$ La+ rela%ione+ ener#éti%a+ u+a&a+ +e mue+tran al 4inal &e e+te &o%umento$ 7na -arte &e la ener#ía &el im-a%to e+ em-lea&a en la +a%u&i&a &el -én&ulo , &el ba+ti&or? -ara ven%er la re+i+ten%ia &el aire? en el ro%e &e lo+ %o>inete+ , &el &i+-o+itivo &e me&i%ión? en la &e4orma%ión &e la mue+tra %er%a &e lo+ a-o,o+ , ba>o el %u%.illo? en la tran+mi+ión &e ener#ía a la+ 4ra%%ione+ &e la mue+tra , en la &e4orma%ión el'+ti%a &e la barra &el -én&ulo$ La in4luen%ia &e e+to+ 4a%tore+? 5ue .a%en variar la+ me&i%ione+ .a+ta en un ! &e un -én&ulo a otro -ue&en +er minimiza&a+ re+tan&o la in4luen%ia &e lo+ 4a%tore+ %uanti4i%able+ o me&ible+$ En otra+ -alabra+? +e a%on+e>a re+tar &e la ener#ía mo+tra&a -or el in&i%a&or Ei la ener#ía im-rimi&a a la+ 4ra%%ione+ &e -robeta en 4orma &e ener#ía %inéti%a EK (e+te &ato -ue&e %al%ula&o a-ro6ima&amente"? , la ener#ía &i+i-a&a -or 4ri%%ione+ E4 (é+ta -ue&e +er me&i&a e6-erimentalmente"$ De e+ta manera? la ener#ía a-ro6ima&a? u+a&a +ólo -ara la &e+tru%%ión &e la -robeta Er? +er'@ 6
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E/ ? ener#ía &i+i-a&a -or 4ri%%ione+? &ebe +er me&i&a ante+ &e %a&a en+a,o? -ara e+to +e &e>a %aer libremente el -én&ulo? +in in+talar -robeta en lo+ a-o,o+? , +e anota la ener#ía mo+tra&a -or el in&i%a&or$ E0? ener#ía %inéti%a ne%e+aria -ara el &e+-lazamiento &e la+ 4ra%%ione+ &e -robeta lue#o &e la rotura? -ue&e +er %al%ula&a@
&on&e m e+ la ma+a &e la -robeta , v e+ la velo%i&a& &e la+ 4ra%%ione+? 5ue +e a+ume i#ual a la velo%i&a& &el -én&ulo en el momento &el im-a%to (v eto a la a-li%a%ión &e una %ar#a ni%a 5ue #enera un e+ta&o &e e+4uerzo+ multia6ial a+o%ia&o a la ranura? en %on>unto %on alta+ rata+ &e %ar#a , en al#uno+ %a+o+ alta+ o ba>a+ tem-eratura+$ PROCEDIMIENTO:
1$ Di+eHar la mue+%a en la+ -robeta+? +i#uien&o la+ e+-e%i4i%a%ione+ &e+%rita+ en la norma ASTM E$ $ Colo%ar la -robeta en la .erramienta -ara -o+e+ionar &i%.a -robeta$ $ Abrir la -uerta in4erior &on&e +e en%uentra ubi%a&o la ma+a , ba+e &el -én&ulo$ O$ 7bi%ar la .erramienta 5ue %ontiene la -robeta +obre la ba+e &el /én&ulo C.ar-,$ <$ Cerrar la -uerta in4erior &e la %ar%a+a &el -én&ulo -reviamente abierta? -ara evitar a%%i&ente+$ )$ En%erar el relo> 5ue &etermina la %anti&a& &e ener#ía ab+orbi&a -or la -robeta al momento &el im-a%to$ J$ Tirar &el +e#uro o #atillo 5ue -o+ee el -én&ulo -ara 5ue la ma+a 5ue&e libre $ 2b+ervar en el relo> la %anti&a& &e ener#ía 5ue ab+orbió &i%.a -robeta al momento &el im-a%to , lo anotamo+$ $ Retirar la -robeta im-a%ta&a -ara -o&er ob+ervar la+ %ara%terí+ti%a+ &e rotura o 4ra%tura +e#n +ea el %a+o$
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1!$Determinar %on%lu+ione+ %on lo+ &ato+ obteni&o+ &e %a&a en+a,o , la+ &i4eren%ia+ e6i+tente+$ /RECA7CI2N@ A+e#re+e 5ue? en el momento &e liberar el #an%.o +u>eta&or? el re%orri&o &el -én&ulo e+té libre &e ob+t'%ulo+ o -er+ona+ 5ue re+ultar .eri&a+$ PEvite un a%%i&enteQ PMantén#a+e 4uera &el 'rea &e re%orri&o &el -én&ulo &urante el en+a,oQ
TOMA Y RECOLECCIÓN DE DATOS: /robeta A%ero D1@
10mm
45º
8.25mm
/robeta A%ero D @ 10mm
45º
8.2mm
CÁLCULOS TIPO: Ener#ía ab+orbi&a
(
E F 1 2.5 J =
1. Kgf .m 9,81 J
)
=
0.25 Kgf . m
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(
E F 2=5 J
1. Kgf
.m 9,81 J
)
=0.51 Kgf
.m
rea &e +e%%ión &e %orte@ A 1
=
A 2
( 0,825 × 1 ) cm2
=
0,825 cm
( 0,82 × 1 ) cm2
=
0,82 cm
=
2
2
Energía absorbida Resiliencia ( K )= Área decorte K 1=
K 2=
0.25 Kgf
.m Kgf . m =0.30 2 cm2 0,825 cm
0.51 Kgf
.m Kgf . m =0.30 2 0,82 cm cm2
RESULTADOS DEL ENSAYO: Mue+tra N@ De+i#na%ión@ Cara%terí+ti%a@ Ti-o &e entalle@ An%.o (%m"@ E+-e+or (%m"@ Lon#itu& (%m"@ 2 rea &e im-a%to ( cm "@ A1 A Ener#ía Ab+orbi&a (B#4$m"@
A%ero D ;9; !$< ?1O61!) 1!mm !$< !$
E F 1
!$< !$<1
E F 2 Re+ilien%ia (B#4$m%m"
!$! !$!
K 1
K 2 Ti-o &e 4alla@
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES:
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La normativa em-lea&a -ara el en+a,o &e tra%%ión realiza&o e+ la ASTM E e INEN 1! e+t' &etalla lo+ méto&o+ a a-li%ar+e , la+ &imen+ione+ 5ue &eben %on+i&erar+e -ara llevar a %abo un en+a,o e6ito+o? %abe &e+ta%ar 5ue entre la+ &o+ normativa+ no e6i+ten &i4eren%ia+ notable+ ,a 5ue la norma INEN +e ba+a en la Norma ASTM$
El en+a,o arro>ó lo+ +i#uiente+ re+ulta&o+@ o
La tena%i&a& .alla&a en la -robeta &e a%ero J)! e+ &e 547105,8103
N m
$
Se &etermina 5ue la -robeta &e a%ero J)! tiene mu, -o%a %a-a%i&a& &e ab+or%ión &e ener#ía? e+to en %uanto a 5ue &i%.a -robeta +e 4ra%turó -or %om-leto mu, 4'%ilmente$
RECOMENDACIONES:
7tilizar la -rote%%ión &e +e#uri&a& a&e%ua&a -ara evitar rie+#o+ -er+onale+ &entro &el laboratorio &e re+i+ten%ia &e materiale+$
7tilizar la+ m'5uina+ , e5ui-o+ &e la 4orma a&e%ua&a (e6-li%a%ión &o%ente"$
BIBLIOGRAFIA •
Norma INEN 130.
•
Norma ASTM E23
•
JASTRZEBSKI, Zb!"#$. Na%&ra'#(a ) *ro*#+a+# +# 'o ma%#ra'# *ara "!#"#r-a.
REFERENCIAS 1EB:
•
%%*/$$$.&%*.#+&.o!a''#o"%#"+oIm*a%o.%m
•
%%*/$$$.b&#"a%ar#a.omma%#ra"orm##"a)oar*)0
•
%%*/$$$."%ro".om.#$ao'&%o"ar*)Im*a%T#%"!
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ANE2OS
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