Practica Ciencia De Materiales

Objetivo

El alumno estudiará los conceptos básicos del comportamiento mecánico de los materiales, tales como: ductilidad, fragilidad, temperatura de transición dúctil-frágil, tenacidad, tenacidad relativa y los factores que alteran estas propiedades.

Introducción

Los ensayos de impacto se llevan a cabo para determinar el comportamiento de un material a velocidades de deformación más elevadas. Los péndulos de impacto clásicos determinan la energía absorbida en el impacto por una probeta estandarizada, midiendo la altura de elevación del martillo del péndulo tras el impacto. Generalmente se aplican varios métodos de ensayo:

Charpy (ISO 179-1, ASTM D 6110)

Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508) y 'unnotched cantilever beam impact' (ASTM D 4812)

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

Dynstat 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.

Charpy:

Los ensayos de impacto a flexión son realizados con la ayuda del péndulo Charpy, con una energía que sobrepasa los 10 kgf.cm. El esquema de ensayo se muestra en la figura anterior.

La muestra se coloca horizontalmente en un patrón especial que garantiza estrictamente la posición de la incisión (ranura, entalla) en la parte media del vano de los apoyos. El impacto es aplicado desde el lado opuesto a la incisión, en el plano perpendicular al eje longitudinal de la muestra. El péndulo se fija en la posición superior inicial a la altura h_∝ de 1,6 m, lo que corresponde a una velocidad del cuchillo del péndulo, en el momento del impacto de 5,6 m/s. 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 del péndulo Charpy en un ángulo β. 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.

Por medio de la escala, se mide el ángulo de elevación del péndulo y directamente se lee la energía consumida en el proceso (la escala del indicador esta graduada en kilopondios por metro kp.m).

Una parte de la energía del impacto es empleada en la sacudida del péndulo y del bastidor, para vencer la resistencia del aire, en el roce con los cojinetes y del dispositivo de medición, en la deformación de la muestra cerca de los apoyos y ajo 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 pueden ser minimizadas restando la influencia de los factores cuantificables o medibles. En otras palabras, se aconseja restar de la energía mostrada por el indicador E_i la energía imprimida a las fracciones de probeta en forma de energía cinética E_k (este dato puede ser calculado aproximadamente), y la energía disipada por fricciones E_f (ésta puede ser medida experimentalmente). De esta manera, la energía aproximada, usada sólo para la destrucción de la probeta E_r, será:

E_r=E_i-E_f-E_k

E_f, 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.

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

E_k=1/2 mv^2

Donde m es la masa de la probeta y v es la velocidad de las fraccione, que se asume igual a la velocidad del péndulo en el momento del impacto (v=5,6 m/s).

El estándar ASTM E23-72 define el ensayo de barras ranuradas al impacto como un ensayo por el cual se observa el comportamiento del metal cuando está sujeto a la aplicación de una carga única que genera un estado de esfuerzos multiaxial asociado a la ranura, en conjunto con altas rutas de carga y en algunos casos altas o bajas temperaturas.

MATERIAL

Máquina para Ensayos de Impacto.

Horno.

Pinzas para horno.

Guantes para horno.

3 Probetas

Nitrógeno líquido

DESARROLLO

Para las pruebas de impacto se realizarán seis pruebas, las probetas utilizadas se someterán a tres condiciones diferentes de temperatura.

Dos de ellas se calentarán en el horno a T=800 °C. Otras dos estarán sumergidas unos minutos en nitrógeno líquido para sacarlas a una temperatura aproximada de T= -195.8 °C. Las dos restantes estarán a temperatura ambiente

...