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Ensayo de flexion por impacto NO VALIDO

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Ensayo de flexion por impacto NO VALIDO

  1. 1. Materiales Prácticas de laboratorio PRACTICA 4: ENSAYO DE FLEXION POR IMPACTO O CHOQUE David Bueno Sáenz Grado ingeniería mecánica Grupo Laboratorio A-3 1
  2. 2. Materiales Prácticas de laboratorio ENSAYO DE FLEXION POR IMPACTO OBJETIVO Los objetivos de esta práctica consisten en: • Realizar un ensayo de flexión por impacto o choque con el péndulo Charpy para poder caracterizar las propiedades algunas propiedades mecánicas de un metal mediante su comportamiento tensión-deformación. • Familiarizarse con el empleo de estas técnicas, la normativa existente para los ensayos, las unidades de medida, los valores característicos y la nomenclatura asociada a los resultados. MATERIAL ► Tres probetas de tipo Charpy aprobadas por I.S.O (Internacional Standard Organización, ex I.S.A) con entallas en V EN acero F1140 (C45; Acero no aleado con un 0,45% de carbono sin impurezas) de sección rectangular y entalla en V (Posibles entallas según norma en V o en U) de las siguientes dimensiones: L=55mm Largo W=10mm Ancho H=10mm aLTO l=10mm (distancia hasta la zona de trabajo) ► Probeta cilíndrica de acero F1140 (C45; Acero no aleado con un 0,45% de carbono sin impurezas) según la norma de caracterización del ensayo, de las siguientes dimensiones: L=100mm (Longitud de la zona de trabajo) Lo=66,3mm (Longitud de la zona de trabajo con diámetro constante) φ =6,05mm 2
  3. 3. Materiales Prácticas de laboratorio Imágenes 1 y 2: probetas tipo charpy para ensayo de flexión y probeta cilíndrica para tracción ► Calibre ► Maquina de ensayo, PENDULO TIPO SATEC Imágenes 3 y 4: péndulo usado y esquema funcionamiento del péndulo Charpy 3
  4. 4. Materiales Prácticas de laboratorio FUNDAMENTO En elementos sometidos a efectos exteriores instantáneos o variaciones bruscas de las cargas, lascuales pueden aparecer circunstancialmente en la realidad, su fallo se produce generalmente, al no aceptardeformaciones plásticas o por fragilidad, aun en aquellos metales considerados como dúctiles. Por estoscasos es conveniente analizar el comportamiento del material en experiencias de choque o impacto. El ensayo de tracción estático nos da valores correctos de la ductilidad de un metal, no resulta precisopara determinar su grado de tenacidad o fragilidad, en condiciones variables de trabajo. Los ensayos de choque determinan, pues, la fragilidad o capacidad de un material de absorber cargasinstantáneas, por el trabajo necesario para introducir la fractura de la probeta de un solo choque, el que serefiere a la unidad de área, para obtener lo que se denomina resiliencia o Tenacidad a la entalla, siendoesta el área que se encuentra bajo la curva Tensión-deformación en la zona plástica, la cual se mide de lasiguiente manera: E absorvida E RESILIENCIA = = 2 A (en el caso de una probeta de sección circular) Volumen πr L0 Grafica 1: Área bajo la curva tensión-deformacion Area verde: Resiliencia (energía bajo límite elástico) Área amarilla: Tenacidad (energía bajo rotura) Este concepto, tampoco nos ofrece una propiedad definida del material, sino que constituye un índicecomparativo de su plasticidad, con respecto a las obtenidas en otros ensayos realizados en idénticascondiciones, por lo que se debe tener muy en cuenta los distintos factores que inciden sobre ella. 4
  5. 5. Materiales Prácticas de laboratorio Diremos pues que el objeto del ensayo de choque es el de comprobar si una maquina o estructurafallará por fragilidad bajo las condiciones que le impone su empleo, cuando las piezas experimentanconcentración de tensiones, por cambios bruscos de sección, maquinados incorrectos, fileteados,etcétera… El ensayo que vamos a utilizar en esta práctica para medir la Resilienca es un ensayo de flexión porchoque con el método Charpy utilizando un pendulo tipo SATEC para ello. Este péndulo en sumovimiento descendente aplicará la energía de ensayo necesaria, siendo la máxima para nuestro ensayode 300J. El método Charpy utiliza probetas ensayadas (estado triaxial de tensiones) y velocidades dedeformación de 4,5 a 7m/s, entorno recomendado por las normas el de 5 a 5,5m/s. Las I.R.A.M aconsejan realizar el ensayo de choque por el método Charpy, con el empleo de probetasentalladas aprobadas por I.S.O (Internacional Standard Organización, ex I.S.A) que tienen lasdimensiones indicadas en la figura. Par esta práctica se ha elegido la opción a con entalla en V. Esquema 1: Dimensiones de las probetas normalizadas. La resiliencia al choque resultará, según este método, el trabajo gastado por unidad de seccióntransversal para romper al material de un solo golpe: A0 RESILIENCIA = K = (Kgf/cm² o Joule/cm²) S Se van a realizar tres ensayos, según normativa (uno por probeta) para determinar la Tenacidad deentalla en función de la energía suministrada, indicándose los resultados de la siguiente manera: • Caso a: E SUMINSTRADA = E MAX → KUoKV = E ABSORVIDA [J ] • Caso b: E SUMINSTRADA < E MAX → KUoKV _ E SUMINISTRADA = E ABSORVIDA [ J ] • Caso C: 5
  6. 6. Materiales Prácticas de laboratorio o Si S<S0 S=7,5x7,5 S= 5X5 KUoKV _ E SUMINISTRADA / L = E ABSORVIDA [ J ] Siendo L el lado de la sección transversal. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1ª PARTE: TRACCIÓN NORMALIZADA (por choque) Se procedió a realizar un primer ensayo de tracción por choque en el péndulo. De manera que sepueda determinar el alargamiento y la estricción. Para ello se colocó la probeta longitudinalmente sobre los apoyos del péndulo y se dejó caer elpéndulo desde una altura determinada (según la energía de impacto a proporcionar) ,de manera que aldejar caer el mismo arrastrara, por impacto, de una de los extremos de la probeta, quedando el otro fijadoa el soporte de la base hasta su fallo por rotura a tracción. Para este ensayo se le proporcionó una energía de impacto de 108J y se recogieron los resultados. 2ª PARTE: ENSAYO DE FLEXIÓN POR CHOQUE Para esta segunda parte se colocó una de las probetas, como muestra la figura siguiente, simplementeapoyada sobre la mesa de máquina y en forma tal que la entalladura se encuentra del lado opuesto al queva a recibir el impacto. En la misma figura se puede observar la correcta posición del material como asítambién la forma y dimensiones de los apoyos y de la pena del martillo pendular. 6
  7. 7. Materiales Prácticas de laboratorio Probeta CHARPY lista para ensayar Imagen 5: Posición e impacto de la Probeta Imagen 6: Posición de la probeta sobre la base del péndulo Para su rotura, en este caso por impacto del péndulo en su movimiento descendente sobre la partetrasera de la entalla, se determinó primero cual era la energía de impacto que queríamos impartir sobre laprobeta y se calibró entonces la altura del péndulo antes de dejarlo caer en función de esta energía. Este ensayo se repitió un total de tres veces con tres probetas distintas con las siguientes energías deimpacto: 300J, 250J y 200J. RESULTADOS 1ª PARTE: TRACCIÓN NORMALIZADA (por choque) Se obtuvieron las siguientes mediadas sobre la probeta: φ final = 3,9mm L final = 71,9mm Con estos datos procedemos a determinar la alargación y estricción por impacto de la siguientemanera: L f − Lo 71,9 − 66,3 ALARGAMIENTO (%) = ⋅ 100 = ⋅ 100 = 7,78% Lf 71,9 φ0 − φ f 6,05 − 3,9 ESTRICCIÓN (%) = ⋅100 = ⋅100 = 35,53% φ0 6,05 7
  8. 8. Materiales Prácticas de laboratorio 2ª PARTE: ENSAYO DE FLEXIÓN POR CHOQUE Se obtuvieron los siguientes resultados: Energía Energía Absorbida CASO Nomenclatura Suministrada (J) (J) A 300 66 KV=66J B 250 100 KV250=100J C 200 148 KV200=148J Comparando la tensión de rotura frente a las diferentes energías por impacto aportadas las cualesvienen dadas en función de la velocidad de aplicación de la carga, observamos que el área bajo la curvade tensión-deformación hasta la rotura (tenacidad a la entalla) es mayor, y por tanto el valor absoluto de laenergía absorbida, cuanto menor sea la energía de impacto aplicada. ENERGIA IMPACTO 160 140 120 E.ABSORBIDA 100 80 Serie1 60 40 20 0 E.APLICADA Gráfica 2: Tenacidad a la entalla 8
  9. 9. Materiales Prácticas de laboratorio CONCLUSIÓN Mediante el ensayo de flexión por choque hemos conseguido: 1. Caracterizar y diferenciar las propiedades mecánicas de un acero frente a cargas de flexión por impacto y de tracción por impacto o choque, midiendo la energía que el metal es capaz de absorber hasta su rotura cuando aplicamos diferentes energías de impacto: a. Comparando la tensión de rotura frente a las diferentes energías por impacto aportadas las cuales vienen dadas en función de la velocidad de aplicación de la carga. b. Observamos, por lo anteriormente expuesto, que el área bajo la curva de tensión- deformación hasta la rotura (tenacidad a la entalla) es mayor, y por tanto el valor absoluto de la energía absorbida, cuanto menor sea la energía de impacto aplicada. c. Concluimos en la lógica de esta última afirmación puesto que a mayor velocidad de aplicación de la carga o energía de impacto que el metal tiene que absorber, menos tiempo dispone el mismo para reordenar su estructura cristalina mediante cambios por dislocación, volviéndose una estructura menos plástica, con un menor valor de tenacidad a la entalla con altos valores de impacto. 2. Familiarizarnos con estas técnicas de ensayo, sus fundamentos y objetivos. 3. Familiarizarnos un poco más con el empleo de herramientas en el laboratorio. 9

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