Ensayos de flexión por choque

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Ensayos por Choque

Enviado por hernangiagnorio

Efectos fragilizantes

Energía de impacto

Métodos de ensayo

Condiciones de ensayo para flexión por choque

Ensayos de flexión por choque

Bibliografía

a) INTRODUCCION

Si bien los ensayos estáticos de tracción permiten conocer la capacidad de resistencia y deformabilidad de un metal cuando se lo somete a un esfuerzo progresivo, aplicado lentamente, estas propiedades pueden variar según la naturaleza de las cargas y condiciones de trabajo a que se halle sometido. Es por ello, que en muchos casos deben considerarse los factores que inciden en la destrucción de la pieza de acuerdo al empleo práctico del mecanismo o estructura a la que pertenece; ya veremos, por ejemplo, que si el metal soporta tensiones dinámicas sucesivas (fatiga) o estáticas a elevadas temperaturas (creep), la fractura se origina al disminuir su resistencia, en cambio en elementos sometidos a efectos exteriores instantáneos o variaciones bruscas de las cargas, su falla se produce generalmente al no aceptar deformaciones plásticas o por fragilidad, aún en aquellos metales considerados como dúctiles. En estos casos, es conveniente analizar el comportamiento del material en experiencias de choque o impacto.

Siendo las solicitaciones de choque o impacto de aplicación prácticamente instantáneas, las ondas de tensión generadas pueden no propagarse, provocando la rotura por deformaciones localizadas. Por lo expuesto, las propiedades mecánicas de los materiales sometidos a efectos dinámicos de choque se ven sensiblemente modificadas, aunque los mecanismos de deformación plástica presumiblemente no varían con el modo de aplicación de la carga.

Estos hechos nos dicen que, si bien el ensayo de tracción estático nos da valores correctos de la ductilidad de un metal, no resulta preciso para determinar su grado de tenacidad o fragilidad en condiciones variables de trabajo. Es por lo mismo que al calcular la Capacidad de Trabajo de Deformación, partiendo de un diagrama de tracción, aclaramos que su magnitud sólo es una medida comparativa y aproximada de la tenacidad y módulo de resiliencia del metal.

Los ensayos de choque determinan, pues, la fragilidad o capacidad de un material de absorber cargas instantáneas, por el trabajo necesario para producir la fractura de la probeta de un solo impacto. Este nuevo concepto tampoco nos ofrece una propiedad definida del material, sino que constituye un índice comparativo de su plasticidad, con respecto a las obtenidas en otros ensayos realizados en idénticas condiciones, dado que no admite otra condición de comparación o semejanza. Por lo tanto, deben tenerse muy en cuenta los distintos factores que producen el efecto fragilizante.

Otra aplicación del ensayo dinámico de choque es la de comprobar los distintos grados de revenido que pueden alcanzarse en los aceros, como también verificar el correcto recocido o forjado de los mismos, lo que muchas veces no es posible deducir de ensayos estáticos, pues dan valores similares hasta para aquellos mal tratados. En estos casos, el tratamiento defectuoso se pone de manifiesto en las pruebas de impacto sobre probetas entalladas, al obtener valores muy inferiores de su resiliencia.

Resumiendo, diremos que el objeto del ensayo de choque es el de comprobar si una máquina o estructura fallará por fragilidad bajo las condiciones que le impone su empleo, muy especialmente cuando las piezas experimentan concentración de tensiones por cambios bruscos de sección, maquinados incorrectos, bajas temperaturas, o bien verificar el correcto tratamiento térmico del material ensayado.

b) EFECTOS FRAGILIZANTES

La falla por fragilidad resulta, ocasionada por diversos factores que, actuando juntos o separadamente, modifican las características mecánicas de los metales.

De los muy variados estudios realizados pudo comprobarse que tres son las causales más importantes de aquellas variaciones: la variación en la velocidad de la deformación producida por la rapidez en la aplicación de la carga, la aparición de estados complejos de tensiones generados por el "efecto de forma", y las bajas temperaturas que disminuyen la tenacidad de los metales.

Teniendo en cuenta que los mecanismos de deformación se desarrollan en el tiempo, es evidente que una variación brusca de la carga aplicada puede demorar el inicio de la deformación plástica y, aún más, limitarla a valores inferiores a los observados en solicitaciones estáticas.

Sabemos que las entallas generan picos de tensión, el estado crítico no se alcanza de manera uniforme en la sección de impacto, produciendo fisuras que pueden propagarse rápidamente en toda la sección.

Por último, como experimentalmente comprobamos que los valores de trabajo o energía necesaria para producir la rotura varían con la temperatura, es necesario fijar lo que llamaremos temperatura de transición, es decir, aquella en ¡a cual el material cambia su capacidad de deformación (dúctil a frágil).

b-1) VELOCIDAD DE DEFORMACIONES

Las cargas descriptas, de variación brusca, no podrán ser analizadas de la misma manera que en los ensayos estáticos, sino como ondas de tensión que, al propagarse en el volumen de la probeta, generan deformaciones por los mismos mecanismos que en solicitaciones estáticas, pero su propagación y acumulación serán función de la velocidad de variación de la amplitud de tensión.

El análisis teórico del proceso exige evaluar el fenómeno de propagación de ondas, la relación σ – ε y el mecanismo de generaciσn y ampliaciσn, de las grietas de deformación.

Desde el punto de vista experimental, la figura 1 confirma el retraso en la aparición de las deformaciones plásticas, el aumento de la resistencia y de la energía absorbida con el aumento de la velocidad de deformación.

Figura 1

Existe una velocidad de transición en el comportamiento de los metales (velocidad crítica de rotura), superada la cual la rotura se produce por deformaciones localizadas próximas a la zona de impacto y para deformaciones totales considerablemente inferiores a las de velocidades menores que la crítica (efecto fragilizante).

Los valores obtenidos de la velocidad crítica de rotura para distintos metales oscilan entre 50 y 150 m/s para el estado de tracción simple a temperatura ambiente.

b-2) ESTADO TRIAXIAL DE TENSIONES

Si son las tensiones normales las responsables de la propagación de las microgrietas de deformación, un aumento relativo de las tensiones principales de tracción, con respecto a la tensión tangencial máxima, aumenta la probabilidad de ocurrencia de las roturas por arrancamiento, como ocurre en los estados biaxiales y triaxiales de tensiones.

Un estado de tensión como el descrito, de tensiones principales positivas, se logra en la práctica entallando la probeta a ensayar.

b-3) TEMPERATURA DE TRANSICION

La información obtenida a partir del ensayo de tracción sobre aceros de bajo carbono a distintas temperaturas nos permiten evaluar la influencia de la temperatura sobre el tipo de rotura, figura 2.

Los ensayos han demostrado la existencia de una muy baja temperatura, por debajo de la cual la resistencia desciende a valores coincidentes con el límite superior de fluencia.

Entre las temperaturas Tc1 y Tc2 aparece el fenómeno de fluencia con la consiguiente deformación plástica aumentando la tendencia a la generación de las microfisuras, las que sin embargo no se propagan con la misma facilidad que en el caso anterior debido a que los límites de grano se comportan como elementos de contención, produciéndose la fractura por arrancamiento para valores de tensión iguales al límite de fluencia inferior.

En el intervalo de temperaturas Tc2 - Tc3, disminuyen simultáneamente la generación y propagación de las microgrietas al aumentar la tendencia a la deformación plástica, lo que provoca un incremento en la tensión normal capaz de propagarlas y, por consiguiente, de la resistencia de¡ material.

Por encima de la temperatura Tc3 la probabilidad de ocurrencia de la rotura frágil disminuye rápidamente o lo que es lo mismo aumenta la ductilidad hasta alcanzar los valores observados a temperatura ambiente.

Figura 2

Existe por lo visto una transición dúctil-frágil en el comportamiento del material en función de la temperatura, llamándose temperatura de transición a aquélla en la cual se produce el cambio. Temperaturas de transición próximas a la de ambiente elevan la probabilidad de roturas frágiles en condiciones normales de servicio.

La temperatura de transición es función para un mismo material del estado de tensión, aumentando a medida que disminuye la tensión tangencial máxima para un mismo valor de la tensión principal de tracción.

c) ENERGIA DE IMPACTO

Los ensayos dinámicos de choque se realizan generalmente en máquinas denominadas péndulos o martillos pendulares, en las que se verifica el comportamiento de los materiales al ser golpeados

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