Tecnología de materiales avanzado

ENSAYO DE IMPACTO

1. OBJETIVOS

1.1. Conocer la importancia de la resiliencia en un material1.2. Analizar e interpretar los resultados en una prueba de impacto

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1. TenacidadLa tenacidad es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber antes de fracturar. Evalúa la habilidad de un material de soportar un impacto sin fracturarse. Esta propiedad se valora mediante una prueba sencilla en una máquina de ensayos de impacto. Hay dos métodos diferentes para evaluar esta propiedad. Se denominan ensayos de Charpy y ensayo de Izod.

2.2. ResilienciaEs la energía de deformación que puede ser recuperada de un cuerpo deformado cuando cesa el esfuerzo que causa la deformación. Dentro del límite elástico, la resiliencia es igual al trabajo externo realizado para efectuar la deformación.

2.3. Ensayo de impactoExisten dos ensayos de impacto, estos son el ensayo Charpy y el de Izod. Estos dos ensayos han sido normalizados y diseñados para determinar la energía de impacto o tenacidad a la entalla, que se define como la energía absorbida por la superficie entallada cuando se rompe. En ambos ensayos se romperá una superficie entallada de un golpe dado con una masa-péndulo, la diferencia radica en la posición de la probeta entallada y la velocidad que adquiere la masa al golpear la probeta, la cual queda determinada por la altura del péndulo. Tras la rotura, la masa continúa su camino hasta llegar a una cierta altura, a partir de la cual se determina la energía absorbida. Así se medirá la energía absorbida por ese golpe.

2.4. Péndulo de CharpyEl péndulo de Charpy es un dispositivo a modo de péndulo ideado por Georges Charpy. Se utiliza en ensayos para determinar la tenacidad de un material. Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en 3 puntos. 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 aérea debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia.

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3. EQUIPOS Y MATERIALES DE TRABAJO

Implementos

Materiales y equipos de trabajo CantidadCondición

Bueno Regular Deficiente

Péndulo de Charpy 01 X

Muestra SAE 1020 01 X

Muestra SAE 1045 01 X

4. PROCEDIMIENTO RESALTANTES

Identificamos los materiales que se vamos a utilizar en el ensayo.Tomamos apunte sobre las medidas de su sección trasversal y procedimos a posicionar la probeta dentro de la máquina tomando en cuenta las medidas de seguridad correspondientes.Seguidamente, iniciamos el ensayo presionando el botón de accionamiento. El péndulo realice algunos vaivenes y seguidamente anotamos la cantidad de energía gastada en ese proceso.Se instala el material en los apoyos, se engatilla y soltamos el péndulo.Se realiza la rotura del material y anotamos la energía aplicada en el proceso.Luego, se repite el paso para el siguiente material.Finalmente, realizamos un pequeño debate entre el grupo y realizamos las conclusiones respectivas del ensayo.

5. RESULTADOS OBTENIDOS

Muestra Área de ensayo (mm2) Energía absorbida (J)20°C

SAE 1020 70.75 mm2 8.09SAE 1045 59.20 mm2 121

Acero recocido 67.42 mm2 22.91

MuestraCoeficiente de impacto (J/mm2)

20°C

SAE 1020 0.10SAE 1045 2.03

Acero recocido 0.355

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5.1. INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS

¿Cuántas veces más tenaz es el acero ensayado a 200°C en comparación con el ensayado a 20°C?A temperaturas elevadas el material se comporta de manera dúctil con gran deformación y estiramiento antes de romperse. Aproximadamente el acero ensayada a 200°C es 10 veces más tenaz que el ensayado a 20°C.

¿En qué caso el material ensayado permite mayor trabajo plástico?El acero 1020

¿Cuál de los materiales ensayados presentó un menor valor en su resiliencia?El acero 1045

Indique un ejemplo en el cual la resiliencia sea fundamental en la elección de un material para fabricación de un elemento mecánico determinado Para los elementos de la carrocería de un automóvil, el cual debe ser tenaz y a la vez tener una resiliencia muy elevada para que pueda resistir a distintos eventos.

¿Cómo se puede compensar la poca resiliencia de un metal cuando tenga que ser elegido obligatoriamente para un requerimiento determinado?Se puede recompensar esto agregándole un segundo o tercer metal continuos para que pueda absorber más energía que un solo metal.

¿Qué diferencia encontramos entre un acero 1045 trefilado y un acero 1045 recocido?- Acero 1045 trefilado: Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia del metal como

consecuencia de su forjado en frío.- Acero 1045 recocido: Tiene su grano más refinado, mejores propiedades eléctricas y

magnéticas, se puede maquinar mejor.

Para un acero SAE 1020 si me proyecto a realizar un ensayo a temperaturas bajas. Digamos -10°C ¿Qué resultados debo de esperar?El material al estar a bajas temperaturas su micro-estructura se modifica, por tal motivo al estar sometido al ensayo de impacto y tracción tendrá menor resistencia a la tracción y tenacidad frente a estos.

5.2. TEST DE COMPROBACIÓN

¿Qué indica el coeficiente de impacto?Es también es llamado resiliencia, éste indica la energía absorbida de un material que se deforma elásticamente cuando se le aplica el golpe de una carga.

¿Qué piensa que podría ocurrir al ensayar una probeta de aluminio en una prueba de impacto?

La fractura del aluminio será rápido puesto que el ensayo es para calcular la fragilidad y la resistencia al golpe del material.

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¿Por qué la probeta de SAE 1020 no logra romperse en una prueba de impacto?La probeta SAE1020 puede llegar a romperse en caso de tener una mayor fuerza de impacto en el péndulo de rotura, pero en ciertos casos este material no logra romperse debido a que puede tener tratamiento térmico con otros materiales.

¿Cuál es la definición de tenacidad?La tenacidad es la medida de la capacidad de un material de absorber la energía incidida hasta llegar a la fractura.

Existe una relación entre el valor del alargamiento del SAE 1020 y su correspondiente valor del coeficiente de impacto

La relación entre el valor de alargamiento de SAE 1020 y su valor del coeficiente de impacto se presenta cuando calculamos el área de ensayo por la energía absorbida.

Mencione 2 ejemplos donde la temperatura influye en la resiliencia de los aceros- La disminución de la temperatura y la ductilidad de los aceros permite disminuir se

resiliencia volviendo frágil el acero. - Se requiere especificar aceros para pernos de anclaje que cumpla con una resiliecia o

inferior a 27 Joules a 0°C, mediante el ensayo Charpy. Pero, ocurre que e zonas donde se alcanzan temperaturas más bajas como – 20°C o – 30°C, se requiere cambiar otro valor en la energía de impacto.

- Se necesita engranajes en un motor con una resiliencia no menor a 34 Joules a 15 °C, pero como sabemos un motor genera calor, por lo tanto hay más temperatura lo que requeriría de una menor resiliencia.

¿Si un material tiene mayor resistencia a la tracción, tiene también mayor resiliencia?Primero, sabemos que la resiliencia es la energía requerida en la rotura de la probeta; y como sabemos que la resistencia a la tracción es el resultado de un ensayo que da la tensión o carga necesaria por unidad de sección para producir la rotura del metal ensayado. Por lo tanto, notamos que cuanto mayor resistencia, mayor es su resiliencia.

¿Cuál de los materiales y a que temperatura se observó mayor fragilidad en el ensayo?En el acero SAE 1045, ya que este no poseía el recocido como el acero SAE 1020, y estaba a una temperatura aproximada de 22°C.

6. OBSERVACIONES

En el ensayo de impacto, el material tiene un incremento de temperatura después del golpe con el péndulo. Se observa que el acero SAE 1020 no posee una fractura uniforme por lo que su deformación plástica es bastante evidente.Se tuvo dificultad a la hora de calcular la sección transversal puesto que la entalladura es muy estrecha para cualquier material de medición.

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7. CONCLUSIONES

La resiliencia en un ensayo de impacto depende de la temperatura a la que está el materialEl aspecto de la fractura del material es una característica en el que se llega a determinar si el material se halla recocidoEl material presenta una elevación de su temperatura luego de ser ensayado en el péndulo de Charpy, esto se debe a la absorción de energía de material.

8. BIBLIOGRAFÍA

Ellis, W.J. (1998) Ingeniería de materiales. México D.F.: Repr. y Serv. de Ingeniería (620.1/E46)

William D. Callister, Jr. (2009) Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. México. Limusa Wiley

Askeland, Ronald R. (2004) Ciencia e Ingeniería de los materiales. Mexico D.F. [s.n.]

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