MECANICA DE FRACTURA Y ANALISIS DE FALLA 2015 - I PRACTICA N2I. TITULO ENSAYO DE IMPACTO CHARPY ASTM E-23

II. OBJETIVOS

2.1 Estudiar los fundamentos tericos prcticos sobre el Ensayo de Impacto Charpy. 2.2 Determinar la tenacidad en presencia de entalla de un material sometido a carga de impacto, por medio de un Ensayo Charpy a diferentes temperaturas.2.3 Experimentar la determinacin de la temperatura de transicin dctil frgil del material ensayado a impacto.2.4 Aplicar los conocimientos de tenacidad en presencia de entalla (Ensayo de Impacto Charpy) para la solucin de problemas tericos prcticos.III. FUNDAMENTO TERICO3.1.- TENACIDAD:Es una medida de la cantidad de energa que absorbe un material antes de alcanzar la rotura en condiciones de impacto, por acumulacin dedislocaciones. Se debe principalmente al grado de cohesin entre molculas. Se puede determinar por un ensayo de traccin de manera indirecta calculando el rea bajo la curva esfuerzo por la diferencial deformacin tambin de manera directa por un ensayo de impacto.

3.2.- ENSAYO DE IMPACTO Es un ensayo destructivo muy importante dentro de la mecnica de los materiales, que consiste en someter a muestras estandarizadas bajo la sucesin rpida de deformacin elstica, pastica y finalmente la fractura. Este ensayo nos puede proporcionar la tenacidad a la entalla o cantidad de energa absorbida por el material as tambin determinar si el material experimenta una transaccin dctil o frgil al disminuir la temperatura y en que intervalo de temperatura ocurre.Esto es posible con este tipo de ensayo porque existe una cada de energa muy marcada entre la rotura dctil y la rotura frgil, lo que hace relativamente fcil determinar los lmites de un intervalo de transicin dctil frgil. El ensayo de impacto es til porque permite comparar y seleccionar materiales mas no permite disear secciones materiales que contengan grietas o defectos.Se utiliza en la industria aeronutica, automotriz, etc. Pues realizando esta prueba garantizan un servicio satisfactorio de las piezas que puedan experimentar cargas de choque o impacto. Existen dos mtodos diferentes muy generalizados (propuestos por Izod en 1903 y por Charpy en 1909), para evaluar la tenacidad de un material. Se denominan ensayos Charpy e Izod.Tabla N 1.- Diferencias entre un Ensayo de Impacto Charpy y un Ensayo de Impacto Izod. DIFERENCIASENSAYO DE IMPACTO CHARPYENSAYO DE IMPACTO IZOD

Forma como se posiciona la probeta

La muestra es colocada en posicin horizontalLa muestra es colocada en posicin horizontal

Caida del martilloEs en el lado opuesto de la cara entalladaEs en la direccion de la cara entallada

Posicion de la entallaEs en el centro de la muestraEs a 28mm del borde exterior al golpe del martillo

Dimensiones de la probeta55x10x10mm de seccion transversal cuadrada75x10x10mm de seccion transversal o cilindrica

Determinacion de la temperatura de transicion ductil fragilSe lleva solo a la probeta a la temperatura de analisisSe lleva tanto a la bordasas y a la probeta a la temperatura de analisis

La muestra Charpy se asemeja a una viga sencilla soportada en ambos extremos, mienstras que la muestra Izod se asemeja a una viga volada.

Figura 1.- Forma de colocar las probetas Izod y Charpy en el equipo para ser impactadasLos ensayos dinamicos de choque se realizan generalmente en maquinas denominadas pendulos o martillos pendulares, en las que se verifica el comportamiento de los materiales al ser golpeados por una masa conocida a la que se deja caer desde una altura determinada. Los valores obtenidos en estos ensayos son unicamente comparables, en materiales con propiedades similares ya sean siempre ductiles o fragiles, cuando se realizan sobre el mismo tipo de probeta y en identicas condiciones de ensayo.La mquina de ensayo determniara el trabajo absorbido por el material cuando este es roto de un solo golpe por la masa pendular y su valor en (kg.fm o joule) o relacionandolo con la seccion o volumen de la probeta, segn el metodo nos indicara la resistencia al choque o capacidad del material para absorber cargas dinamicas de impacto.El principio de funcionamiento de las maquinas utilizadas es el que ilustra esquematicamente la Figura 2, en donde una masa o peso G asegurada a una barra que se puede girar libremente sobre un eje 0, es elevada a una altura h1, desde su posicion vertical de reposo, la que tambien es posible indicar por el angulo 1. Si en estas condiciones se deja caer y en el punto P, ubicado sobre la vertical del desplazamiento del pendulo, se coloca una barra de un material determinado, la masa al chocar con ella producira su rotura, si la energia que posee el pendulo es mayor que la necesaria para alcanzar, en cuyo caso continuara su trayectoria elevandose hasta una altura h2 indicada tambien por el angulo 2.

Figura 2.- Forma como cae el martillo e impacta la probeta en el Ensayo Charpy3.3.- FLEXION POR CHOQUE EN BARRAS APOYADAS (METODO CHARPY)Con la finalidad de que el material est actuando en las ms severas condiciones, el mtodo charpy utiliza probetas entalladas (estado triaxial de tensiones) y velocidades de deformacin de 4,5 a 7 m/s, siendo el entorno recomendado por las normas el de 5 a 5,5 m/s.

Figura 3.- Forma como colocar la probeta CharpyLas probetas se colocan, como muestra la figura 3, simplemente apoyadas sobre la mesa de la mquina 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 posicin del material como as tambin la forma y dimensiones de los apoyos y de la masa del martillo pendular.

Respecto al filo o extremo de la masa pendular, la norma ASTM E-23 indica que debe presentar un ancho de aproximadamente 4mm, redondeado con un radio de 8mm.Las probetas utilizadas por Charpy eran de seccin cuadrada de 30 mm de lado por 160mm de largo y la entalladura de 1mm de ancho con una profundidad de 15mm terminaba en un orificio de 2mm de dimetro; para sus ensayos la luz entre los bordes de los apoyos era de 130 milmetros. Estas probetas son muy poco utilizadas en la actualidad, siendo reemplazados por otros tipos que mantienen, en algunos casos, idntica forma pero de menores dimensiones, las que varan de acuerdo a las normas utilizadas. La eleccin del tipo de probeta depende del material a ensayar, adoptndose para cada caso la que d resultados ms satisfactorios; en general se emplean las de entalladuras ms profundas y de menos ancho para los metales ms dctiles. Las I.R.A.M aconsejan realizar el ensayo de choque por el mtodo de charpy, con el empleo de probetas entalladas aprobadas por I.S.O (International Standards Organization, ex I.S.A) que tienen las dimensiones indicadas en la Figura 4, pudiendo reducirse la profundidad de la entalladura, para materiales de poca resistencia a la flexin por choque a 3mm para el tipo B y 2mm para el C obtenindose en este ltimo caso la probeta denominada MESNAGER.

Figura 4.- Probetas Charpy (A: en V; B: en ojo de cerradura; C en U)Las probetas indicadas en la Figura 4 son usadas preferentemente para el ensayo de metales ferrosos. La norma DIN 50116 indica para el cinc y sus aleaciones, probetas sin entallas de secciones cuadradas y trapeciales. La seccin cuadrad de 6 x 6 mm se emplea en aleaciones forjadas y trapecial de 6,1 x 5.9 x 6,0 mm de altura para aleaciones de fundicin inyectable; en todos los casos el largo de las probetas es de 75mm, mantenindose la luz entre apoyos en 40mm.El impacto sobre las probetas de seccin trapezoidal debe darse en la cara angosta.La resiliencia o resistencia al choque resulta, segn este mtodo, el trabajo gastado por unidad de seccin transversal para romper al material de un solo golpe: Resiliencia = K= AO/S (kgfm/cm2 o joule/cm2)En la actualidad se tiende a evitar el clculo de la resiliencia, expresndose los resultados de ensayos simplemente en trminos de energa de rotura. 3.4.- TEMPERATURA DE TRANSICIONLa determinacin del rango de temperaturas, en el cual se produce la transicin dctil- frgil de un material. A travs del ensayo charpy, tiene la gran ventaja con respecto a otros estados de tensin y de velocidad de deformacin, de que existe una gran correlacin entre los resultados obtenidos en el laboratorio con los observados en servicio.Ensayos de Charpy con probetas tipo A (Charpy en V) a distintas temperaturas, han demostrado que el aumento progresivo de la misma provoca un aumento de la energa de impacto, hasta estabilizarse para determinados valores de energa y que la transicin en el comportamiento se produce en un rango de temperaturas, de amplitud variable con el material de ensayo. Al no existir una nica temperatura de transicin su determinacin ser puramente convencional, variando para un material dado segn las especificaciones utilizadas.

Figura 5.- Diferentes zonas que se muestran en la curva de transicin dctil frgil

Dos son los mtodos que basan su definicin en valores de energa y un tercero, adoptado por ASTM, lo hace como relacin entre las superficies de arrancamiento y deslizamiento:a) Temperatura para la cual la energa absorbida es 15lb-pie b) Temperatura correspondientes a una energa de ruptura igual al valor medio entre la correspondiente a las asntotas de la funcin (Energa - T).

c) Temperatura que se obtiene iguale superficie de ruptura frgil y dctil aqu se debe a caracterizar las superficie de fractura obtenida en las probetas a las distancias temperatura en la que se realiz el ensayo.

INGENIERIA METALURGICA ING. BRAULIO BRICEO ROLDAN1