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Laboratorio de Ensayo de Impacto tipo Charpy....

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ENSAYO DE RESILIENCIA (IMPACTO PROBETA TIPO CHARPY) Informe de laboratorio No. 2

Juan Esteban Gracia Molano Nicolás Molina Cely

Ing. Ferney Peña

24 de octubre 2017

Facultad de Ingeniería Civil Universidad Santo Tomás Bogotá, D.C.

1. INTRODUCCIÓN: El ensayo de impacto tipo Charpy desde un punto de vista mecánico es simple, sin embargo con este laboratorio es posible determinar las propiedades mecánicas de los elementos utilizados en construcción, para este caso la tenacidad, nos permite conocer que material es más frágil y cual es mas dúctil, cuando este se ve sometido a esfuerzos de impacto. El comportamiento de los materiales debido a la influencia de estas fuerzas, hace posible determinar la resistencia al impacto de cada material. Es posible con la ayuda de la máquina y utilizando una configuración para la maquina fallar cada material dejando caer una masa sobre una probeta ubicada al extremo del punto de partida de la masa. La forma como se comporta cada material se estudia de acuerdo a la diferencia de energías potenciales antes y después de cada impacto. Es posible calcular la energía mediante: E=mgL[ cos ( β )−cos ( α ) ] Para determinar la fragilidad y ductilidad de cada material, es necesario conocer la capacidad que tiene cada material para absorber la energía del sistema antes de llegar al punto de fractura. Igualmente es conocido que la ductilidad de un material se caracteriza por una absorción de energía mayor a la de un material frágil, por otro lado, los materiales dúctiles están caracterizado por altos niveles de deformación plástica. 2. Objetivos a. Especifico: i. Determinar las propiedades de Tenacidad para cada probeta en función de esfuerzos de impactos exteriores e inmediatos. b. Generales: i. Conocer las características de Tenacidad (Resistencia y Deformación) en las probetas tipo Charpy (Acero, Aluminio, Bronce). ii. Analizar el comportamiento de los materiales metálicos al ser sometidos a un esfuerzo de impacto. iii. Identificar los comportamientos frágil y dúctil en la fractura de los metales, mediante observación visual.

3. Normativa: Según la normativa establecida en la guía de laboratorio UNE 7475/92 y ASTM- E23 y utilizada para la práctica de laboratorio se tiene:

Tabla #1. Simbología y unidades de medición utilizadas en práctica (ENSAYO DE IMPACTO TIPO CHARPY). 4. Conversiones utilizadas: Para el ensayo de laboratorio, se utilizan unidades de Joules y Kilopondios masa, la conversión utilizada es:

5. Método del ensayo: Se entiende para la realización del ensayo de impacto se utilizan 3 probetas de ensayo tipo charpy, en los cuales contamos con probetas de materiales metálicos como lo son en este caso el acero, aluminio y bronce. Las mencionadas probetas son de sección reducida en forma de v para los cuales cada una se va a someter a un esfuerzo de impacto en el punto medio del eje longitudinal.

El propósito de la práctica busca romper por medio de flexión cada probeta, estas a su vez van a estar apoyadas en sus extremos, por consiguiente se hace uso de la máquina de péndulo de impacto el cual esta inicialmente en reposo y se suelta desde una altura (h) el martillo que se encuentra en el extremo del péndulo, en fin de determinar la diferencia o la perdida de energía en el sistema planteado. Para lo planteado anterior, el ensayo de impacto tipo charpy se utiliza para determinar propiedades mecánicas que son diferentes para cada probeta, en este caso se fallan las probetas para establecer la tenacidad para cada una de estas y decidir cuál de estas es más frágil y cual es más dúctil [ CITATION ENS17 \l 3082 ].

6. Equipo para el ensayo: Cantidad Elemento 1 Péndulo de Impacto R=875mm (30 Kpm Charpy) 1 Martillo o Masa (18,75 kg) 1 Descanso para centrado de probetas 3 Probetas (Acero, Aluminio, Bronce) 1 Calibre Pie de Rey 1 Flexómetro Tabla #2. Elementos para ensayo tipo Charpy.

Imagen #1. Maquina Ensayo tipo Charpy- Probetas Tipo Charpy.

7. Tipos de probetas: Material Acero

Li (Long A (Lado a) inicial) 54,89mm 9,69mm

B (Lado b)

Peso

9,69mm

38,55gr

Aluminio Bronce

55,12mm 54,8mm

9,50mm 9,44mm

9,50mm 9,44mm

13,35gr 41,35gr

8. Procedimiento: a. Se determina el área transversal de la sección de cada probeta sin tener en cuenta el entallamiento. b. Fijar el medidor de energía de la máquina de ensayos a 0 Kpm c. Extraer el gatillo de descanso del péndulo y llevar este al punto de partida, es decir, la posición inicial del sistema (Punto más alto). d. Fijar y asegurar el gatillo de seguridad en el punto de partida del péndulo donde: i. E [J] =0 ii. m [kg] =18,75 iii. g [m/s2) = 9,8 iv. h (m) = establecida según ensayo. e. Ubicar la probeta en el punto de soporte o de apoyo, de modo que la sección en v quede contraria a la zona donde va a impactar el martillo, esta debe estar centrada con el eje transversal de la máquina y el distanciamiento entre apoyos sea de 40 mm.

9. Resultados:

Area de seccion esp (mm) probeta 9,42 9,69 9,37 9,44 9,5 9,5

Dimensiones probeta

a

Material

masa(kg)

Acero Bronce Aluminio

0,03855 0,04135 0,01325

Resultados obtenidos

alt (mm) 54,89 54,8 55,14

la Energia absorbida (kpm) 19,7 19,5 20,2

Tabl #3.

10.Análisis de Resultados: Al observar la energía absorbida por cada uno de los materiales que fueron puestos a prueba, nos damos cuenta que el aluminio fue el que más energía absorbió dado a que es un material más dúctil que los otros, la ductilidad de un material se caracteriza por una absorción de energía mayor a la de un material frágil, por otro lado, los materiales dúctiles están caracterizado por altos niveles de deformación plástica. La capacidad de los materiales de absorber energía está relacionado con la resiliencia de cada uno. La resiliencia es la propiedad de un material que permite que recupere su forma o posición original después de ser sometido a una fuerza de doblado, estiramiento o compresión. Lógicamente esto debe darse antes de que comience su deformación plástica (deformación permanente o irreversible), ya que en caso contrario no volvería a su forma original, y quedaría deformado permanentemente. Un material muy conocido por tener una gran resiliencia es la goma. La deformación elástica es la deformación mientras no rompa o se deforme permanentemente el material. La resiliencia se mide siempre dentro de la deformación elástica del material [ CITATION are13 \l 3082 ].

Imagen #2. Grafica de esfuerzo deformación (resiliencia).

Por lo tanto un material que absorbe gran cantidad de fuerza antes de deformarse o fallar es de alta resiliencia como observamos con el aluminio. La propiedad asociada se denomina módulo de resiliencia, Ur , y es con lo que se mide realmente la resiliencia de un material. El módulo de Resiliencia es la energía de deformación por unidad de volumen que se requiere para deformar un material hasta su límite elástico. Resiliencia por unidad de volumen. 11. Conclusiones: -

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Con la práctica de laboratorio realizada podemos dar unos primeros acercamientos y relaciones de la estructura interna de los materiales y su comportamiento a la fractura. La combinación de factores como la temperatura con la carga que puede experimentar cualquiera de estos materiales se debe tener en cuenta ya que puede presentar cambios físicos en el material y pueden cambiar los resultados de una prueba como la antes realizada ya que se habla de transición de dúctil- frágil del material. Partiendo de las propiedades de cada material nos damos cuenta de las características que desarrollan al ser sometidos hasta el punto de fracturas o fallas, lo que nos dice lo grave que puede ser una falla de tipo dúctil en contraste con una de tipo frágil.

12.Bibliografía:

areatecnologia. (2013). Obtenido de http://www.areatecnologia.com/materiales/resilienciamateriales.html (2017). ENSAYO DE RESILIENCIA. Bogota: UNIVERSIDAD SANTO TOMAS. Y.Ortega. (2006). Prueba de impacto: ensayo Charpy. REVISTA MEXICANA DE F ˜ ´ISICA, 51-57....