Ensayo de impacto Resumen Mediante el ensayo de impacto Charpy (péndulo), se desea determinar el comportamiento de tres probetas norma sometidasa una carga de choque; midiéndose la energía absorbida al romperse cada una de ellas, teniendo en cuenta que cada una de ellas está a diferente temperatura. Por lo tanto, se graficará la resiliencia (capacidad de un material para absorber energía) vs la temperatura, lo cual nos da el cambio del estado de un material (desde frágil hasta dúctil) variando la temperatura. By Charpy impact test (pendulum), it is desired to determine the behavior rule of three samples subjected to a shock load, by measuring the energy absorbed at break each, bearing in mind that each is at different temperatures. Therefore be plotted resilience (ability of a material to absorb energy) vs. temperature, which gives us how changes the state of a material (from brittle to ductile) varying the temperature. ABSTRACT: PALABRAS CLAVES: con caída de bola y el ensayo de impacto con golpe repetido. La resilencia al impacto y la dureza con rebote de proyectil se determinan en ensayos de impacto no destructivos. Energía de impacto Es la energía necesaria para romper una parte sometida a una carga de choque como en un ensayo de impacto. Resistencia al impacto Energía necesaria para romper una probeta sometida a una carga de choque, como en un ensayo de impacto. Es una indicación de la dureza del material. prueba de impacto, tenacidad, ensayo tipo Charpy, resiliencia, temperatura. INTRODUCCIÓN Ensayo de impacto Según Instron Worldwide Headquarters, es un método para determinar el comportamiento del material sometido a una carga de choque en flexión, tracción o torsión. La cantidad que suele medirse es la energía absorbida al romperse la probeta en un solo golpe, como en el ensayo de impacto Charpy, el ensayo de impacto Izod y el ensayo de tensión por impacto. Los ensayos de impacto también se realizan sometiendo las probetas a varios golpes de intensidad creciente, como en el ensayo de impacto Péndulo de Charpy El péndulo de Charpy se utiliza en ensayos para determinar la tenacidad de un material. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el área debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia. La tenacidad es la energía total que absorbe un material antes de alcanzar la rotura, de dislocaciones. por acumulación - - Verificar la variación resiliencia de un acero AISI 1020 en función de la temperatura. Conocer el principio de funcionamiento y procedimiento de operación del equipo para efectuar pruebas de impacto. MATERIALES Y MÉTODOS: Fig. 1. Péndulo Charpy. Cuando un material presenta mayor resiliencia que otro, generalmente presenta mayor tenacidad. Sin embargo, dicha relación no es lineal. La tenacidad corresponde al área bajo la curva de un ensayo de tracción entre la deformación nula y la deformación correspondiente al límite de rotura. La resiliencia es la capacidad de almacenar energía en el periodo elástico, y corresponde al área bajo la curva del ensayo de tracción entre la deformación nula y el límite de fluencia. Ensayo Izod Ensayo para determinar la dureza, o la tendencia de un material para resistir rotura al ser sometidas a choque repentino. Se trata de muescas en la probeta de ensayo, sujetando un extremo (en una configuración de viga en voladizo) y golpear el otro extremo para que se rompa. Objetivos: - Determinar la resiliencia de un acero AISI 1020 en estado recocido. Equipo necesario: - Péndulo Charpy para pruebas de impacto. - Pinzas para manipulación de probetas. - Calibrador. - Horno de calentamiento eléctrico. - Congelador para baja temperatura. - Probetas estandarizadas para ensayos de resiliencia. Explicación del profesor: La gráfica de resiliencia en función de la temperatura ( ); del cual se observa el cambio de estado de un material, que puede ser desde frágil hasta dúctil. Se valorará como bajas temperaturas (-150 ), en donde se produce la criogenia y altas temperaturas se valoran desde los 1000 A la hora de que un material pierde dureza, éste inicia a ser dúctil. Al graficar se obtiene una curva tipo “S” en donde el punto más bajo, indica fragilidad y el más alto ductilidad. Según la absorción de energía que presente un material se puede identificar su comportamiento, poca absorción, evidencia fragilidad mientras que una gran absorción de energía lo presentan los materiales dúctiles. Conforme aumenta la temperatura, aumenta la ductilidad. El comportamiento de los aceros aleados al ensayo de impacto es distinto, por evidencias pasadas se tiene el conocimiento de que hay una precipitación de carburos (color azulado) lo que gráficamente se observa como un decaimiento, el cual se da entre los 250 y 475 , por lo tanto se evita la precipitación de carburos. Reconocimiento de los instrumentos, equipo y materiales. Las instalaciones presentan condiciones ambientales controladas y a diferencia de las prácticas realizadas anteriormente hay una zona controlada, marcada debidamente para evitar accidentes con el péndulo Charpy para la prueba de impacto. Con respecto de éste martillo pendular de impacto o péndulo tipo Charpy, su función es a partir de la energía cinética que posee 358 J cuando se posiciona en la parte de arriba queda alineada con la probeta para la cual se utilizan unas pinzas autoajustables para lograr colocarla. Ejecución de las pruebas Se posiciona el martillo pendular de impacto en su máxima energía potencial y la aguja de la carátula en el máximo valor de escala, mediante las pinzas autoajustables se toma la probeta (anteriormente se le debe medir su sección transversal, con el calibrador) y se posiciona en el porta muestras. Asegurándose que la entalla de la muesca quede en la posición correcta se retira el seguro del péndulo. Esto se debe realizar para tres probetas: una a temperatura ambiente, otra extraída del congelador y por último una extraída del horno de calentamiento. Luego de realizarse el impacto se analiza cada probeta observando la falla y diferenciando las distintas muestras que proporciona ésta propiedad mecánica. Valoración de resultados Mediante la observación en la escala del martillo pendular se determinan los valores de resiliencia para cada una de las probetas, sabiendo: [ ] Se realiza un diagrama de resiliencia en función de la temperatura, tipo s, se evidencia el cambio del estado de un material variando la temperatura. RESULTADOS Y ANÁLISIS. Resultados: Tabla 1. Resultados experimentales. Probeta 1 2 3 Temperatura (°C) 19 4 400 Resiliencia (J/ c 80.41 33.04 61.48 ) Tipo de falla Muy irregular Irregular Menos irregular, muy astillada [ ] Tabla 2. Mediciones. Probeta 1 2 3 Ancho 1 (cm) 0.72 0.525 0.545 Ancho 2 (cm) 0.95 0.98 0.955 Sección transversal (c ) Energía absorbida (J) 0.684 0.5145 0.5205 55 17 32 Gráfica 1. Diagrama de resiliencia en función de la temperatura Resiliencia en función de la temperatura 70 60 Resiliencia 50 40 30 20 10 0 -100 0 100 200 300 Temperatura (°C) 400 500 4, 33.04 80.41, 19 400, 61.48 Análisis: Probeta 1: Probeta norma AISI 1020, que se encontraba a temperatura ambiente 19°C. El lugar de la fractura tiene una topografía irregular, sobre la cual predomina un color grisáceo. No se partió en dos. Mediante observación, una parte de la probeta se deslizó (sección brillante) y luego se produjo la fractura. Absorbió 55 joule de energía. En la zona donde se produjo la fractura predominaban las astillas. Probeta 2: Probeta norma AISI 1020, que se encontraba en el congelador para baja temperatura, marcó 4°C. Presenta un tipo de falla menos irregular que la probeta1, una zona muy astillada e igualmente otra zona brillante. Tampoco se produjo una fractura completa. En la zona de fractura presentó un color gris-blanco. Absorbió 17 joule de energía. Probeta 3: Se produce una fractura completa, resultando en dos partes. En la zona de fractura: se observa un tono azulado, con una zona menos irregular, pero muy astillado. Presenta la evidencia del golpe, que le proporcionó el péndulo. Se tiene que conforme aumenta la temperatura aumenta la ductilidad; la fragilidad se evidencia por un poco absorción de energía y la ductilidad por una gran absorción de energía. De lo anterior se puede observar mediante una comprensión gráfica, para la menor absorción de energía se dio en la probeta a 4°C y siguió aumentando conforme subía la temperatura, en la probeta 3 a aproximadamente 400°C se presentó un aumento de absorción de energía y por ende de la ductilidad. En la probeta 3, se evidenció “la enfermedad del azul”, en donde la zona de fractura presentó un color azulado presenciándose la precipitación de carburos, esto debido a la temperatura que se encontraba el acero (aprox. 400°C) Y se prohíbe que éste llegue a un intervalo de 250450°C, evitando ésta precipitación de carburos. Fig. 2. Fractura de las probetas 1 y 2 CONCLUSIONES Se realizó el ensayo de impacto a una probeta de acero a la cual se le realizó un previo recocido para poder trabajarla mejor y alcanzara altas temperaturas, determinando su resiliencia y verificando que a mayor temperatura el material tendrá mayor ductilidad, por consiguiente se observó la precipitación de carburos que se da en los aceros que caen entres los 250-400°C, lo cual se evidenció en el tono azulado presente en la zona de fractura. Mediante comprensión gráfica y una complementación teórica, se logró verificar la variación de resiliencia de un acero AISI-1020, obteniendo la siguiente relación, mayor temperatura implica aumento de ductilidad y a la vez gran absorción de energía; conforme disminuye la temperatura, aumenta la fragilidad y así mismo hay poca absorción de energía. Y mediante ésta relación se logra conocer la utilidades de los distintos materiales. La prueba de impacto se realizó con el péndulo tipo Charpy, el cual se utiliza en para determinar la tenacidad de un material, trabajando mediante una energía potencial de 358J (para éste caso). El martillo pendular cae sobre el dorso de la probeta, la cual según Avner, son muestras tipo muesca, y se utilizan dos tipos de ésta, la muesca ojo cerrado y la muesca en V. La que se utilizó fue la muesca ojo de cerradura. Mediante la escala que posee la máquina, se mide la energía absorbida en el proceso de fractura. Y anteriormente se debe calcular la sección transversal del material y así averiguar mediante la relación: energía absorbida y sección transversal, la resiliencia. Bibliografía Avner, S. (1988). Introducción a la metalurgia física. México: McGraw-Hill. INSTRON. (s.f.). http://www.instron.com.ar/wa/home/default_es_ar.aspx. Recuperado el 25 de Febrero de 2012 S., T. (1957). Resistencia de Materiales. Madrid: ESPASA-CALPE, S.A.