“AÑO DE LA PROMOCIÓN DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y DEL COMPROMISO CLIMÁTICO”

U. N.: “San Luis Gonzaga” de ICAFacultad:

Ingeniería CIVILTema:

“ENSAYO DE IMPACTO”Curso:

ENSAYO DE LOS MATERIALESProfesor:Ing. Juan OLAECHEA HUARACYA.Integrantes:Allccarima Gutierrez, CristhianAlvarado Herrera, WilberConde Lloclla, JoséHuamaní Rojas, Alexis

Ciclo - Grupo:

VI - “A”

ICA - PERÚ 2014

ESQUEMA DE TRABAJO DEL PÉNDULO DE CHARPY

U.N.: “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA ING. CIVIL VI – “A”

“ENSAYO DE IMPACTO”I. CONCEPTO:

Es un ensayo dinámico y destructivo. El ensayo de impacto Evalúa la capacidad de resistencia de un material. Es útil porque no todas las piezas trabajan en forma estática. El método consiste en dejar caer un péndulo con una masa conocida en

reposo desde una altura determinada para que impacte en la pieza normalizada.

Luego se analiza la ruptura para determinar el área de zona dúctil y la zona frágil que nos va a servir para obtener datos como la resistencia, expansión lateral y el porcentaje de la zona dúctil del material.

II. CONSIDERACIONES TÉCNICAS:

Estos ensayos de impacto son realizados con la ayuda del péndulo de Charpy, con una energía que sobrepasa los 30 kg.f × cm.

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El método consiste en romper el material que se ensaya, bajo un efecto dinámico que se produce por el impacto sobre el mismo de una masa de peso y velocidad conocida. En ambos casos la rotura se produce por flexionamiento de la probeta, por lo que se los denomina flexión por choque.

¿Qué principio utiliza?

La diferencia entre la altura inicial del péndulo (hα) y la final tras el impacto (hβ) permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta.

En estricto rigor se mide la energía absorbida en la aérea debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia. En ingeniería, resiliencia es una magnitud que cuantifica la cantidad de energía por unidad de volumen que almacena un material al deformarse elásticamente debido a una tensión aplicada.

Formula:

La energía absorbida Ea por la probeta, para producir su fractura, se determina a través de la diferencia de energía potencial del péndulo antes y después del impacto. Una vez conocido el ángulo inicial de aplicación de la carga (α) y el ángulo final (β) al que se eleva el péndulo después de la rotura completa de la probeta, se puede calcular la energía Ea mediante la expresión:

Ea=MgR(cos (β )−cos (α ))

Recordar:

Por medio de la escala, se mide el ángulo de elevación del péndulo y directamente se lee la energía consumida en el proceso pero, una parte de la energía del impacto es empleada en la sacudida del péndulo y del bastidor,

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para vencer la resistencia del aire, en el roce de los cojinetes y del dispositivo de medición, en la deformación de la muestra cerca de los apoyos y bajo el cuchillo, en la transmisión de energía a las fracciones de la muestra y en la deformación elástica de la barra del péndulo. La influencia de estos factores, que hacen variar las mediciones hasta en un 30% de un péndulo a otro puede ser minimizada, se aconseja restar de la energía mostrada por el indicador Ei la energía imprimida a las fracciones de probeta en forma de energía cinética Ek, y la energía disipada por fricciones Ef. De esta manera, la energía aproximada, usada sólo para la destrucción de la probeta Er, será:

Er=Ei−Ef−Ek

DONDE  

Ef, energía disipada por fricciones, debe ser medida antes de cada ensayo, para esto se deja caer libremente el péndulo, sin instalar probeta en los apoyos, y se anota la energía mostrada por el indicador.

Ei, energía imprimida a las fracciones de probeta. 

Ek, energía cinética necesaria para el desplazamiento de las fracciones de probeta luego de la rotura, puede ser calculada:

EK=12mv ²

Donde:

m es la masa de la probeta y v es la velocidad de las fracciones, que se asume igual a la velocidad del péndulo en el momento del impacto.

 

III. CLASIFICACIÓN:

Ensayo de Impacto en Metales:

Hay dos métodos diferentes para evaluar esta propiedad. Se denominan ensayos de Charpy y ensayo de Izod.

La diferencia entre los dos radica en la forma como se posiciona la muestra.

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La probeta que se utiliza para ambos ensayos es una barra de sección transversal cuadrada dentro de la cual se ha realizado una talla en forma de V.

Los resultados de ambos ensayos no son comparables debido a las diferencias en cuanto a la geometría de las probetas y de las entallas.

En el impacto Charpy los extremos de las muestras descansan horizontalmente sobre apoyos y el martillo impacta en el punto central, entre los dos apoyos. Por el contrario en el ensayo Izod la probeta se sujeta por un extremo y el martillo golpea en el otro.

1.- PROBETAS:

 El estándar ASTM recomienda los siguientes tipos de probetas:

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 Probetas para el ensayo de Charpy:

Se deben medir cuidadosamente las probetas con instrumentos de medición convencionales y concluir qué tipos de probeta se usan para nuestra práctica.

Como se ve en la figura anterior, en las probetas se realiza una ranura o incisión. Dicha ranura tiene el objeto de que la probeta se rompa en un solo impacto. Además la ranura garantiza el rompimiento de la probeta por una sección controlada.

En este tipo de probetas los esfuerzos y la deformación plástica se concentran en una parte limitada del volumen de la muestra, alrededor de la incisión. Precisamente aquí es donde es absorbida prácticamente toda la energía del impacto.

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2.- PROCEDIMIENTO DE ENSAYOS:

Colocación de la probeta. Fijar péndulo en posición de inicio. Liberar péndulo Se registra la energía absorbida

Colocación de la probeta:

La muestra se coloca horizontalmente, donde la posición de la entalla o ranura este estrictamente en la parte media del vano entre los apoyos. El impacto es aplicado desde el lado opuesto a la entalla, en el plano perpendicular al eje longitudinal de la muestra.

Fijación del péndulo en posición de inicio:

El péndulo se fija en la posición superior inicial a la altura de 1,6m, lo que corresponde a una velocidad del cuchillo del péndulo, en el momento del impacto de 5,6 m/s.

Liberación del péndulo:

Luego la uña de fijación se retira, el péndulo cae libremente por efecto de su propia gravedad aplicando un impacto a la muestra, que la encorva y destruye elevándose en relación al eje vertical en un ánguloβ. Este ángulo es tanto menor, cuanto mayor es la energía aplicada en el proceso por el péndulo para la deformación y destrucción de la muestra.

Se registra la energía absorbida:

Conociendo la elevación inicial y final del péndulo, se puede obtener la diferencia de energía potencial. Esta diferencia es la energía de impacto absorbido por la muestra durante la ruptura. La energía se expresa generalmente en pie-libras (pie.lbf) o joules (J), donde 1 pie.lbf =1.356J, esta energía corresponde al área bajo la curva de la gráfica esfuerzo - deformación. La capacidad de un material para resistir el impacto suele denominarse tenacidad del material.

3.- RESULTADOS.

Utilizando estos datos se puede graficar el porcentaje de fractura cristalina o el porcentaje de fractura dúctil, dependiendo de la preferencia particular. La curva de apariencia porcentual de fractura dúctil es comúnmente requerida como un criterio de especificación del acero, ya que esta se considera más ligada al desempeño en servicio. A partir de esto, la temperatura de transición para un

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50 por ciento de apariencia de fractura dúctil o fibrosa (FATT) puede ser evaluada.

Durante el ensayo Charpy, ocurrirá un grado de dispersión de la energía de impacto registrada a determinadas temperaturas. Esta dispersión puede aproximarse a dos curvas (límites superior e inferior) y utilizarse para generar el error posible para una determinada energía de impacto. Haga click en siguiente para ver cómo se logra esto.

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VII.- NORMATIVIDAD:

Charpy (ISO 179-1, ASTM D 6110)Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508) y (ASTM D 4812)

Ensayo tracción por impacto (ISO 8256 y ASTM D 1822)Ensayo flexión por impacto (DIN 53435)

Dentro de la norma ISO 10350-1 para valores característicos de punto único, el método de ensayo preferido es Charpy.

De acuerdo con la norma ISO 179-1. Para ello, el ensayo se realiza en probetas no entalladas con impacto en el lado estrecho (1eU). Si la probeta no se rompe en esta configuración, el ensayo se realizará con probetas entalladas, aunque en este caso, los resultados no son directamente comparables. Si todavía no se llega a la rotura de la probeta, se aplicará el método de tracción por impacto.

En el marco de las normas ASTM, el método Izod según la ASTM D 256 es el más corriente. En este caso, se emplean siempre probetas entalladas.

Un método de aplicación menos común es el "unnotched cantilever beam impact" descrito en la norma ASTM D 4812. Este método es parecido al procedimiento Izod, pero con probetas no entalladas.

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En el caso de que sólo se puedan producir probetas pequeñas, se puede proceder por el método "Chip-impact", de acuerdo con la ASTM D 4508.

El procedimiento Charpy tiene una amplia gama de aplicaciones y es el más adecuado para el ensayo de materiales que presentan rotura por cizallamiento interlaminar o efectos de superficie. Además, el método Charpy ofrece ventajas en los ensayos a baja temperatura, ya que los apoyos de la probeta se encuentran más alejados de la entalladura y evitan, de este modo, una rápida transmisión de calor a las partes críticas de la probeta.

De acuerdo con ISO, un martillo se puede emplear en un rango del 10 al 80% de su energía potencial nominal. ASTM permite hasta un 85%.

La diferencia principal entre ISO y ASTM reside en la selección del tamaño del martillo. Según ISO, hay que emplear siempre el martillo más grande posible, a pesar de que la cobertura de rangos es a veces mínima. Esta exigencia se basa en el supuesto de que la pérdida de velocidad al romper la probeta se tiene que mantener en un mínimo. El martillo estándar descrito en ASTM tiene una energía potencial nominal de 2,7 julios, todas las demás magnitudes se obtienen multiplicando por dos. En este caso, se ha de seleccionar el martillo más pequeño del rango para el ensayo. Los Péndulos Zwick de la serie 5102 y 5113 y los de la nueva serie HIT están diseñados estrictamente de acuerdo con las normas DIN, ISO y ASTM.

VIII.- EL ENSAYO DEL IMPACTO DEL ACERO:

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El acero es un metal que se utiliza ampliamente debido a su fuerza, dureza, solidez y resistencia a la corrosión. El acero para herramientas, como su nombre indica, se refiere al acero que se utiliza para hacer herramientas. Esto es porque los aceros para herramientas son particularmente duros, resistentes a la abrasión y a la deformación a altas temperaturas. Este tiene un contenido de carbono típico en peso de 0,7% a 1,5%, y el resto está compuesto por hierro.

Resultados de pruebas de impacto para varias aleaciones, medidos a través de un intervalo de temperatura.

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