ensayo de impacto
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERIA EN MATERIALES
Carrera: Ingeniería en Materiales
Página 6
ENSAYO DE IMPACTO ACERO AISI 1020, VARIANDO
TEMPERATURA.
Esteban Cordero II Semestre
2013
RESUMEN
Se realizó el ensayo de impacto a tres probetas de acero AISI-1020, la cuales tenían
diferentes temperaturas. La probeta 1 estaba a temperatura ambiente a 25°C , la segunda a
-150°C ,la tercera a -150°C y la cuarta tuvo una temperatura de 450 °C . El ensayo se realizó
bajo el método Charpy.. Con los datos obtenidos de la máquina se calculó la resiliencia que
tiene el acero según la temperatura a la que se encuentre. Observando la zona de fractura se
determinó el tipo de fractura que presentó cada grupo de probetas.
PALABRAS CLAVE: Ensayo de Impacto, Resiliencia, Tipo de Falla, Energía Absorbida
ABSTRACT
We performed impact test specimens of AISI-1020, which had the different temperatures.
The specimen 1 were at room temperature, 2 to -150 ° C ,3 to -150° C and finally was
approximately to 450 ° C. The trial was conducted under the Charpy method. We used a
machine that makes a maximum energy absorption of 55J . With the data obtained from the
machine is calculated resilience of the steel according to the temperature at which you are.
Noting the fracture was determined fracture type provided by each group of specimens.
INTRODUCCION
El ensayo de impacto es de gran importancia en el estudio de los materiales, ya que nos permite determinar la resiliencia en un material. El termino resiliencia es utilizado en la ciencia de los materiales para definir la capacidad de un material para absorber energía. Este ensayo es de vital importancia aplicarlo en materiales que van a trabajar en condiciones de choque o impacto, también en materiales que
han fallado en el momento de un choque o materiales que están sometidos a condiciones extremas de temperatura en el momento de un fallo (Jimenez & Conejo , 2004). Este ensayo es muy utilizado en materiales tenaces como lo es el caso del aceros.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
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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
como el Izod y el Charpy. Se debe tener presente la diferencia entre la tenacidad y la resilencia,la diferencia radica en que la tenacidad es la capacidad de
almacenar la energía hasta que el
material falle, mientras que la resiliencia es en el intervalo de
deformación elástica del material,
sin embargo estos conceptos están
relacionados ya que conforme aumente la tenacidad aumentara
así la resiliencia.
Un concepto muy importante entender en este ensayo es el de
concentración de esfuerzos, ya que
es aquí donde la mayoría de
energía se almacena y se produce
la ruptura consecuentemente. El
ensayo se realiza con un Péndulo
Charpy normalizado por la norma ASTM E-23 ya que presenta
sencillez la práctica y
reproducibilidad de los resultados. El ensayo trata, grosso modo, de impactar una probeta mediante la
caída libre en forma parabólica por
el péndulo. La variable de velocidad
es abordada mediante la teoría de
que el péndulo cae por su propio
peso, debido a esto la norma indica que la masa del mismo la cual no debe exceder 40 veces del cuchillo que genera el impacto, por lo que la
velocidad según la norma debe ser
entre 3 a 6 m/s.
Figura 1.Ensayo charpy
La temperatura también juega un
papel muy importante en cuanto al
ensayo Charpy, ya que: A mayor
temperatura es mayor la energía para
romper el material, y con poca
temperatura, el material, se fractura
con poca energía absorbida. A
temperaturas elevadas el material se
comporta de manera dúctil con gran
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deformación y estiramiento antes de
romperse. A temperaturas reducidas
el material es frágil y se observa poca
deformación en el punto de fractura.
La temperatura de transición es
aquella a la cual el material cambia
de presentar una fractura dúctil a una
frágil.
MATERIALES Y MÉTODOS
Péndulo Charpy
Pinzas
Horno
Nitrógeno liquido
Probetas estandarizadas según la norma ASTM E 23-02a.
Pie de rey
Figura 3.Nitrogeno líquido
Ala hora de la realización del ensayo
se tomaron medidas de las 4
probetas relacionadas con el largo
ancho y sección transversal. Luego
antes de realizar los ensayos alas
probetas se verificaba que la aguja
debe quedar en la posición de cero
una vez que se realiza una corrida sin
probetas y a la misma vez se verifica
el estado de calibración del equipo
luego se procedió a realizar el ensayo
a diferentes temperaturas la cuales
eran temperatura de 25 ,-150 y -450 .
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Con los datos obtenidos de la
máquina se procede a calcular la
resiliencia de las probetas según la
fórmula:
R (J) = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎(𝐽 𝑚)⁄
Á𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 (𝑚)∗
*: Área transversal: Largo por Ancho
(Conejo, M. Jiménez, R. 2004)
ANALISIS Y RESULTADOS
La tabla 1 muestra las dimensiones de las probetas usadas se usaron medidas similares para todos.
TABLA 1. DIMENSIONES DE LAS PROBETAS
UTILIZADAS.
En la tabla 2 están los datos obtenidos de la máquina, con cada una de las 3 probetas.
TABLA 2. DETERMINACIÓN DE LA ENERGÍA
ABSORBIDA (EA) DE LAS PROBETAS EN FUNCIÓN
DE LA TEMPERATURA (T).
La tabla muestra los resultados
obtenidos de los cálculos para
determinar la resiliencia de las
probetas.
TABLA 3. DETERMINACIÓN DE LA ENERGÍA
ABSORBIDA PROMEDIO (𝑬𝑨̅̅ ̅̅ ), RESILIENCIA (R) Y
ÁREA TRANSVERSAL (AO) DE LAS PROBETAS
ENSAYADAS.
Probet
as
Largo(m
m)
Ancho(m
m)
Visel(m
m)
1 55 9,4 2
2 55,1 9,4 2
3 54,4 9,4 2
4 55,1 9,4 2
Nº Probeta T(°C) EA(Ј)
1 25 38,9
2 -150 0
3 -150 0
4 450 55
Probetas 𝑬𝑨̅̅ ̅̅ ( 𝑱) Ao (mm2) R(J/ mm2)
1 38,9
80
0,4875
2 0 0
3 0 0
4 55 0,6875
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Luego se presenta la gráfica de
resiliencia vrs temperatura
Grafico 1 Resiliencia vs temperatura
De la gráfica se puede observar que
la probeta que obtuvo mayor
resiliencia o absorción de energía fue
la más caliente debido a que a altas
temperaturas se presenta un material
plástico y dúctil a diferencia de las
probetas en condiciones de
temperaturas muy bajas donde no
existe resilencia y el material se
considera frágil Una probeta a baja
temperatura, la capacidad de
absorber trabajo es tan pequeña que
el material situado directamente la
lado del lugar de la ruptura no sufre
prácticamente ninguna deformación
plástica (Studemann, 1968). Este
pequeño análisis nos da como
conclusión que un material que está
sometido a alta temperatura, presenta
una deformación plástica mayor
mientras que un material sometido a
baja temperatura su deformación
plástica será mínima.
De la imagen anterior se observa que
la probeta con mayor temperatura
presento labios de deformación que
se relacionan con una alta plasticidad
del material, la probeta con
temperatura ambiente presenta
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menor deformación que la de mayor
temperatura y presenta una fractura
fibrosa y las otras 2 probetas con
temperaturas bajas son muy frágiles
con superficies rugosas.
Conclusiones:
La temperatura a la que se
encuentra un acero va afectar
su resiliencia.
El acero AISI-1020 a baja temperatura se vuelve frágil.
A mayor temperatura mayor
deformación plástica y a baja
temperatura mayor fragilidad.
Bibliografía:
Studemann, H. (1968). Ensayo de
Materiales y Control de Defectos
en la Industria del Metal. Bilbao:
Ediciones Urmo.
Jimenez, R., & Conejo , M.
(2004). Laboratorio de tecnologia
de materiales. Cartago:
Tecnologico de Costa Rica.