ENSAYO DE IMPACTO – PENDULO DE CHARPY
I.
-
II.
OBJETIVOS
Anal nalizar izar y reco econoc nocer la impo mporta rtancia ncia de la prue prueb ba de impa impac cto para para determinar algunas características de los materiales (acero, aluminio, bronce). Conoc onocer er los los difer iferen enttes mét métodos odos de medi medic ción para para deter etermi mina narr el comportam comportamiento iento de los materiale materiales s (piezas o partes partes de maquinas) maquinas) que estn sometidas a cargas !uctuantes en el tiempo o cargas de impacto. INTRODUCCION
"n el siguiente informe, se e#pondrn los resultados obtenidos luego de la realización “Ensayo de Charpy ” . "ste laboratorio tiene por por ob$eti%o obser%ar la tenacidad y dureza dureza del distintos materiales (acero, aluminio, acero). &ara ello se realizar un ensayo de C'arpy a cinc cinco o prob probet etas as para para medi medirr la durez dureza a y tena tenaci cida dad d a una tempe tempera ratu tura ra ambiente. "l ensayo consiste en romper de un solo golpe, con una masa-pendulo, una probe probeta ta entall entallada ada en su punto punto medio medio y apoyad apoyada a en sus dos e#tremo e#tremos. s. e determ determina ina la energ energía ía absorb absorbida ida.. "sta "sta energ energía ía caract caracteri eriza za la resis resisten tencia cia al c'oque de los materiales. os ensayos de c'oque determinan la fragilidad o capacidad de un material de absorb absorber er carga cargas s instan instantn tneas eas,, por el traba$ traba$o o necesa necesario rio para para intro introduc ducir ir la fractura de la probeta de un solo c'oque, el que se re*ere a la unidad de rea para obtener lo que se denomina reisliencia. III.
FUNDAMENTO TE TEORICO
"l ensayo de C'arpy consiste en la ruptura de una probeta entallada mediante la aplicación de un impacto con un martillo. "n este ensayo se mide la energía absorbida por el material al deformarse y romperse. "l ensayo de C'arpy, es un dispositi%o a modo de péndulo (*gura +) ideado por eorges C'arpy, diseado para determinar la energía de impacto o tenacidad de un material. &ara ello, se realiza un ensayo de impacto, donde una masa (marti (martillo llo)) golpea golpea una prob probeta eta entalla entallada da (*gura (*gura ). &ara poder poder calcul calcular ar la energ energía ía absorb absorbida ida por la probet probeta a (en /oules /oules)) luego luego del impact impacto, o, se calcul calcula a mediante la diferencia de energía del péndulo antes y después de este. "l problema de este método es que resulta muy ine#acto medir la altura a la que lleg llega a la masa masa,, ento entonc nces es como como se sabe sabe el ngu ngulo lo inic inicia iall del del pénd péndul ulo o y la mquina registra el ngulo *nal, mediante relaciones trigonométricas se llega a relacionar la energía absorbida en función de los ngulos y el largo del brazo.
0igura +1 "nsayo de C'arpy
0igura 1 &robeta entallada
2n punto importante de este tipo de ensayos, es que se puede determinar la temperatura de transición frgil-d3ctil. "sto se consigue realizando el ensayo en iguales condiciones normalizadas, pero a distintas temperaturas. o que se 'ace es calentar o enfriar la probeta antes de realizar el ensayo (la distribución de temperaturas debe ser 'omogénea en toda la probeta). e obtienen una serie de cur%as características de cada material como las que se muestran en la 0igura 4.
0igura 56 4 Cur%as de transición frgil-d3ctil para aceros en función de su porcenta$e en peso de carbono. &ara materiales puros, la transición d3ctil-frgil ocurre a una temperatura determinada, pero para el resto de los materiales con distintas composiciones la transición ocurre en un rango amplio de temperaturas. Adems e#isten %arias in!uencias micro-estructurales sobre la transición d3ctil-frgil. &or e$emplo los aceros al introducir tomo de carbono intersticialmente (tomos de C son muy pequeos y ocupan intersticios) se produce un endurecimiento lo que 'ace al material menos tenaz. Cuanto ms carbono se agrega 'acemos ms fa%orable la fractura frgil. 2na de las in!uencias ms importantes es la estructura cristalina (metales) del material.
IV.
MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR
"l material utilizado en el presente laboratorio es1 - 7 probetas ( 4 de acero, + de aluminio y + de bronce) - &endulo de C'arpy "l ensayo consiste en romper de un solo golpe, con una masa-pendulo, una probeta entallada en su punto medio y apoyada en sus dos e#tremos. V.
PROCEDIMIENTO
a) in instalar probeta alguna se ele%a el péndulo y se engatilla, para ser liberado luego. e de$a que el péndulo realice unos cuantos %ai%enes y se detiene. a energía gastada en este proceso se anota. b) e instala la probeta en los apoyos, se engatilla y suelta el péndulo, produciéndose la rotura de la probeta. uego de detenido se anota la energía aplicada en el proceso. c) e calcula la energía cinética, aplicada a las fracciones de probeta. e realiza el clculo de la energía in%ertida en la rotura de la probeta. d) e repiten los pasos b) y c) para las otras probetas. VI.
RESULTADOS
os resultados del ambiente.
laboratorio se dan a continuación a una temperatura
A528 959C9A(:)
A528 095A(:)
?A@";9A
+
"5";9A A<8;<9= A (>ilopondio s)
&robeta +
+B
&robeta
+B
+
+D
acero
&robeta 4
+B
D
+D.E
acero
&robeta E
+B
+B4.7
++
aluminio
&robeta 7
+B
+E
bronce
acero
A continuación calcularemos F H G y F h G para cada probeta. L Hongitud del brazo H B.B m
m Hmasa del martilloH 4B Igf
α HAngulo inicial β H Angulo *nal
H H Altura inicial 1
H L L cosα
h H Altura *nal 1
h L L cosβ
=
=
E H "nergia absorbida 1
ρ H ;esiliencia
ρ=
−
−
E mg ( H h ) =
−
E= mgL( cosβ −cosα )
E A
=onde AH+BB mm
α (:)
β (:)
H (m)
h (m)
E (/)
ρ (/Jmm
447.+
) B.447
&robeta +
+B
+
+.77
B.E+
&robeta
+B
+
+.77
B.D7
7.+B
B.7
&robeta 4
+B
D
+.77
B.4E
DB.+D
B.DB
&robeta E
+B
+B4.7
+.77
B.KD
+.
B.+
&robeta 7
VII.
-
+B
+E
+.77
+.ED
K.D
B.BKB
CONCLUSIONES
Al tomar nota de las diferentes pruebas realizadas a las probetas nos damos cuenta de la resistencia del material al impacto. Aprendimos a utilizar la maquina (péndulo de c'arpy) y a preparar las probetas con las medidas normalizadas. a energía absorbida por las probetas de acero son mayores con respecto a las del aluminio y esta es mayor a la del bronce, entonces pudimos comprobar que la probeta del bronce es mas frgil que la del aluminio y esta es mas frgil que la del acero.
VIII.
CUESTIONARIO
+. LMué propiedades se determinan con este ensayoN Con el ensayo de c'arpy se pueden determinar distintas propiedades de los materiales como son 1 tenacidad, energía absorbida, resiliencia, dureza, ductibilidad, ductilidad. . LMué es la tenacidadN "n ciencia de materiales, la tenacidad es la energía total que absorbe un material antes de alcanzar la rotura, por acumulación de dislocaciones, est directamente relacionada con la resistencia y ductilidad. 4. LCómo in!uye la temperatura de transiciónN a temperatura de transición es una %ariable muy importante que se debe tener en cuenta a la 'ora de realizar el ensayo de impacto, es la temperatura a la que se encuentra sometido el material y que puede afectar los resultados de manera signi*cati%a. E. LMué es la resilienciaN a resiliencia es la energía que necesita un material para deformarse elsticamente, es una propiedad de los metales que se relaciona con su capacidad de absorber energía. "sta capacidad esta íntimamente ligada a la temperatura a la cual se encuentren estos metales . 7. L&or qué se realiza la entalla en la probetaN Le#iste probetas sin entallaN 9ndique formas de entalla. as entallas en las probetas sir%en principalmente para ubicar la rotura ya que la zona de deformaciones se ubican cercanas a ellas. @odas las probetas tienen
una entalla que es una muesca, la cual se ubica en el e#tremo de las mordazas. as formas de entalla pueden ser del tipo1 ?uesca en % tipo c'arpy ?uesca o$o de cerradura tipo c'arpy Oiga %oladiza tipo izod
. LCules son las normas para los ensayos de impactoN Pay dos métodos de ensayo1 el 9mpacto Charpy , descrito por las normas 25" 74B+, A@? = 7, =95 74E74, y el 9mpacto Izod, de*nido en las normas 25" 74+K4 y A@? = 7. os resultados de ambos ensayos no son comparables debido a las diferencias en cuanto a la geometría de las probetas y de las entallas. "n general, los plsticos son muy sensibles a los esfuerzos s3bitos de un impacto y especialmente si las probetas tienen una entalla. "n el impacto Charpy los e#tremos de las muestras descansan 'orizontalmente sobre apoyos y el martillo impacta en el punto central, entre los dos apoyos. &or el contrario en el ensayo Izod la probeta se su$eta por un e#tremo y el martillo golpea en el otro. os %alores de resiliencia (/ J mmQ) obtenidos en ensayos de impacto no son utilizables para el clculo o diseo de piezas. in embargo, permiten diferenciar entre plsticos a tenor de su diferente sensibilidad al impacto con o sin entalla, por lo que son ampliamente utilizados como ensayos de control de calidad.
