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Ensayos por Choque




Enviado por hernangiagnorio



    1. Efectos
      fragilizantes
    2. Energía de
      impacto
    3. Métodos de
      ensayo
    4. Condiciones de ensayo para
      flexión por choque
    5. Ensayos de flexión por
      choque
    6. 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 por una masa conocida a la que se deja caer desde
    una altura determinada, realizándose la experiencia en la
    mayoría de los casos, de dos maneras distintas
    según que la probeta rompa por flexionamiento
    (flexión por choque) o que su rotura se alcance por
    deformación longitudinal (tracción por choque). Los
    valores obtenidos en estos ensayo son únicamente
    comparables, en materiales con propiedades similares ya sean
    siempre dúctiles o frágiles, cuando se realizan
    sobre el mismo tipo de probeta y en idénticas condiciones
    de ensayo.

    La máquina de ensayo determinará el trabajo
    absorbido por el material cuando éste es roto de un solo
    golpe por la masa pendular y su valor en kgmf
    o Joule, o relacionándolo con la sección o volumen de la
    probeta, según el método nos
    indicará la resistencia al choque o capacidad del material
    para absorber cargas dinámicas de impacto
    (resiliencia).

    El principio de funcionamiento de las máquinas
    utilizadas es el que ilustra esquemáticamente la figura 3,
    en donde una masa o peso G asegurada a una barra que puede girar
    libremente sobre un eje 0, es elevada a una altura h1, desde su
    posición vertical de reposo, la que también es
    posible indicar por el ángulo α1

    Figura 3

    Si en estas condiciones se la deja caer y en el punto P,
    ubicado sobre la vertical del desplazamiento del péndulo,
    se coloca una barra de un material determinado, la masa al chocar
    con ella producirá su rotura, si la energía que
    posee el péndulo es mayor que la necesaria para
    alcanzarla, en cuyo caso continuará su trayectoria
    elevándose hasta una altura h2 indicada también por
    el ángulo α2

    El trabajo empleado entonces en romper la barra
    será la diferencia entre la energía inicial del
    péndulo y la que posee al final de su carrera.

    Ao = Al – A2

    Al = G. h1 y A2 = G. h2

    Ao = G (h1 – h2)

    y en función de los ángulos, tenemos: h1 =
    OP – OA en donde OP es el brazo del péndulo igual a R. Del
    triángulo OAB

    OA = R. Cos(α1) reemplazando

    h1 = R – R cos α1 = R (1 – cos
    α1)

    Procediendo en igual forma para la altura después
    del choque

    h2 = R – R cos α2 = R (1 – cos α
    2)

    reemplazando estos valores en la diferencia de trabajos,
    nos queda

    Ao = GR (1 – cos α1) – GR (1 – cos α
    2)

    Ao = GR (cos α2 – cos α1)

    El valor numérico en kilográmetros o en
    Joule del trabajo gastado para producir la rotura queda indicado
    sobre una escala
    convenientemente graduada que posee la máquina, o bien
    resulta de la fórmula anterior en donde los valores de los
    ángulos se miden sobre un cuadrante que se encuentra en la
    parte superior de aquélla.

    El trabajo o energía registrada será
    considerada aceptable cuando las pérdidas por
    fricción entre las partes metálicas de la
    máquina, para la marcha en vacío, sea inferior al
    0,4 % de la energía máxima.

    d) METODOS DE
    ENSAYO

    Los métodos
    propuestos por Izod en 1903 y por Charpy en 1909, consisten en
    romper el material que se ensaya, bajo un efecto dinámico
    que se produce por el impacto sobre el mismo de una masa de peso
    y velocidad conocida. En ambos casos la rotura se produce por
    flexionamiento de la probeta, por lo que se los denomina
    flexión por choque.

    En los casos en que se pretenda obtener mejores
    condiciones de tracción pura, por la rapidez en la
    aplicación de las cargas, se pueden realizar ensayos
    dinámicos de tracción por choque.

    Además, en la determinación de las
    temperaturas de transición de aceros estructurales, las
    normas
    aconsejan el empleo de martinetes con probetas especiales
    (método
    A.S.T.M).

    Para el estado de
    tensión creado por la solicitación dinámica de choque, la velocidad de
    aplicación de carga estandarizada es superior a la
    crítica de rotura, por lo que la deformación
    será localizada con epicentro en la entalla, figura
    4a.

    Figura 4

    Dada la gran dificultad que existe en la evaluación
    del volumen deformado, es que el trabajo total de
    deformación no se define como la energía por unidad
    de volumen como lo hacíamos en tracción estática
    "Capacidad de Trabajo de Deformación", sino por la
    energía requerida para provocar la rotura por unidad de
    área de la sección transversal entallada o
    resiliencia, o directamente por la energía
    absorbida.

    d-1) FLEXION POR CHOQUE SOBRE BARRAS SIMPLEMENTE
    APOYADAS (METODO CHARPY)

    Con la finalidad de que el material esté actuando
    en las más severas condiciones, el método Charpy
    utiliza probetas entalladas (estado triaxial de tensiones) y
    velocidades de deformación de 4,5 a 7 m/s, siendo el
    entorno recomendado por las normas el de 5 a
    5,5 m/s.

    Figura 5

    Las probetas se colocan, como muestra la figura
    5, simplemente apoyadas sobre la mesa de la máquina y en
    forma tal que la entalladura se encuentra del lado opuesto al que
    va a recibir el impacto. En la misma figura se puede observar la
    correcta posición del material como así
    también la forma y dimensiones de los apoyos y de la pena
    del martillo pendular.

    Respecto al "filo" o extremo de la masa pendular, la
    norma A.S.T.M. E-23 indica que debe presentar un ancho de
    aproximadamente 4 mm, redondeado con un radio de 8
    mm.

    Las probetas utilizadas por Charpy eran de
    sección cuadrada de 30 mm de lado por 160 mm de largo y la
    entalladura de 1 mm de ancho con una profundidad de 15 mm
    terminaba en un orificio de 2 mm de diámetro; para sus
    ensayos la luz entre los
    bordes de los apoyos era de 130 milímetros. Estas probetas
    son muy poco utilizadas en la actualidad, siendo reemplazadas por
    otros tipos que mantienen, en algunos casos, idéntica
    forma pero de menores dimensiones, las que varían de
    acuerdo a las normas utilizadas.

    La elección del tipo de probeta depende del
    material a ensayar, adoptándose para cada caso la que
    dé resultados más satisfactorios; en general se
    emplean las de entalladuras más profundas y de menor ancho
    para los metales más dúctiles.

    Las I.R.A.M. aconsejan realizar el ensayo de
    choque por el método Charpy, con el empleo de probetas
    entalladas aprobadas por I.S.O. (International Standards
    Organization, ex I.S.A.) que tienen las dimensiones indicadas en
    la figura 5, pudiendo reducirse la profundidad de la entalladura,
    para materiales de poca resistencia a la flexión por
    choque, a 3 mm para el tipo B y a 2 mm para el C,
    obteniéndose en este último caso la probeta
    denominada Mésnager, o bien variarse el ancho a 7,5; 5 6
    2,5 mm para el tipo A, cuando el espesor del producto sea
    inferior al necesario para el maquinado de la probeta standard,
    en cuyo caso debe aclararse la probeta utilizada.

    Figura 6

    Las probetas indicadas en la figura 6 son usadas
    preferentemente para el ensayo de metales ferrosos. La norma DIN
    50 116 indica para el cinc y sus aleaciones,
    probetas sin entallas de secciones cuadradas y trapeciales. La
    sección cuadrada de 6 X 6 mm se emplea en aleaciones
    forjadas y la trapecial de 6,1 X 5,9 X 6,0 mm de altura para
    aleaciones de fundición inyectable; en todos los casos el
    largo de las probetas es de 75 mm, manteniéndose la
    luz entre
    apoyos en 40mm.

    El impacto sobre las probetas de sección
    trapezoidal debe darse en la cara más angosta.

    La resiliencia o resistencia al choque resulta,
    según este método, el trabajo gastado por unidad de
    sección transversal para romper al material de un solo
    golpe:

    Resiliencia = K = Ao/S (kgfm/cm2 0 joule/cm2)

    En la actualidad se tiende a evitar el cálculo de
    la resiliencia, expresándose los resultados de ensayos
    simplemente en términos de energía de
    rotura.

    SUPERFICIE DE ROTURA

    Las fracturas por flexión por choque se originan
    por acción de las tensiones normales máximas en el
    plano de la entalla, variando desde la completamente
    frágil, cristalina brillante u opaca, hasta la
    completamente dúctil por deslizamiento o
    fibrosa.

    En los estados intermedios de roturas
    cristalino-fibrosas, la misma se origina por arrancamiento en la
    zona central próxima a la entalla y concluye por
    deslizamiento en los bordes, variando paulatinamente la
    relación superficial entre ambas roturas con el material y
    la temperatura.

    TEMPERATURA DE TRANSICION

    La determinación del rango de temperaturas, en el
    cual se produce la transición dúctil-frágil
    de un material, a través del ensayo de Charpy, tiene la
    gran ventaja con respecto a otros estados de tensión y de
    velocidad de deformación, de que existe una gran
    correlación entre los resultados obtenidos en laboratorio
    con los observados en servicio.

    Figura 7

    Ensayos de Charpy con probetas tipo A, a distintas
    temperaturas, han demostrado que el aumento progresivo de la
    misma provoca un aumento de la energía de impacto, hasta
    estabilizarse para determinados valores de energía y que
    la transición en el comportamiento se produce en un rango
    de temperaturas, de amplitud variable con el material de ensayo.
    Al no existir una única temperatura de transición
    su determinación será puramente convencional,
    variando para un material dado según las especificaciones
    utilizadas.

    Dos son los métodos
    que basan su definición en valores de energía y un
    tercero, adoptado por ASTM, lo hace como relación entre
    las superficies de arrancamiento y deslizamiento:

    a) Temperatura para la cual la energía absorbida
    es 15 lb-pie (21 joule), Tda

    b) Temperatura correspondiente a una energía de
    rotura igual al valor medio entre las correspondientes a las
    asíntotas de la función Energía-Temperatura,
    Tdb

    c) Temperatura en que se obtienen iguales superficies de
    rotura frágil y dúctil.

    d-2) FLEXION POR CHOQUE DE BARRAS EMPOTRADAS (METODO
    IZOD)

    Figura 8

    En el método Izod la probeta se coloca en
    voladizo y en posición vertical, siendo asegurada por la
    mesa de apoyo de modo tal que la entalladura quede en el plano de
    las mordazas; en estas condiciones el extremo del martillo golpea
    al material a 22 mm de las mismas, como indica la figura pudiendo
    realizarse más de un ensayo
    sobre la misma probeta, cuando se emplean las del tipo b de la
    figura 8, la que también puede construirse de
    sección circular, que presenta la ventaja de que permite
    determinar la energía de rotura sobre caras o generatrices
    opuestas y a diferentes profundidades de la muestra

    La probeta standard Izod es la indicada en la figura 8,
    pudiéndose emplear la redonda de la figura 9, que da
    resultados similares y, por lo tanto, comparables con los
    obtenidos con la normal, presentando la ventaja sobre ésta
    de su mayor facilidad de maquinado.

    Figura 9

    En estas pruebas, los
    valores de ensayos se dan directamente por la energía de
    Impacto en kgfm o Joule, no siendo recomendable su uso para
    temperaturas distintas de la ambiente.

    e) CONDICIONES DE
    ENSAYO PARA FLEXION POR CHOQUE

    Figura 10

    1) Las probetas presentarán sus dimensiones
    dentro de las tolerancias indicadas en las normas respectivas,
    debido a que el tamaño de las mismas influye en los
    valores de ensayo.

    Las probetas deben terminarse sin marcas de
    herramienta, sin llegar necesariamente a su pulido, especificando
    claramente la forma de extracción con respecto a la
    dirección de laminado, por producirse
    modificaciones significativas en el comportamiento de los metales
    bajo efectos de impacto con la orientación relativa de la
    probeta con el laminado (figura 10).

    2) Las entalladuras tienen gran influencia en los
    resultados del ensayo, especialmente por el radio de la curva
    de enlace, por lo que las mismas deben realizarse con gran
    exactitud mediante el empleo de mechas, presas o amoladoras,
    presentando sus caras sin rayaduras ni marcas y
    perfectamente paralelas según el tipo de
    probeta.

    Definida la temperatura de transición en
    términos de la energía absorbida, el cambio de
    entalla provoca una variación de importancia no
    sólo en la forma de la transición sino
    también en el valor de temperatura en la que se
    produce

    Figura 11

    Es de resaltar la gran dispersión obtenida para
    la probeta tipo B en el entorno de la transición
    dúctil-frágil, área rayada de la
    figura.

    3) La temperatura del ensayo deberá ser de
    20° ± 1 °C, o bien la especificada para el
    material; si se emplea el método Charpy las probetas
    pueden ser llevadas a la temperatura deseada y ensayadas
    inmediatamente, no así para el método Izod en donde
    también deberá calentarse o enfriarse el soporte
    donde van empotradas. En ambos métodos la muestra debe
    alcanzar el equilibrio
    térmico en toda su masa, condición que se cumple
    manteniendo la probeta a la temperatura deseada más de 5
    min., si el medio refrigerante es liquido, o más de 60, si
    es gaseoso. Para ensayos a altas temperaturas el tiempo
    mínimo de permanencia será de 10 a 60 min.,
    según que la temperatura resulte inferior o no a los
    260° C respectivamente.

    4) La velocidad de impacto modifica los valores de la
    energía de rotura: el aumento de la velocidad en la
    aplicación de la carga producía un aumento en el
    valor del limite de fluencia, pero disminuía ligeramente
    la ductilidad del material; de la misma manera, en los ensayos de
    choque el aumento de la velocidad de impacto produce un aumento
    en su fragilidad o en otras palabras una disminución en la
    energía de rotura.

    5) Se verificará la correcta posición del
    péndulo y de la probeta teniendo presente que, cuando
    aquél se encuentra suspendido, el extremo redondeado del
    martillo Charpy o el borde del Izod deberán tocar
    levemente el material a ensayar.

    6) La probeta se colocará de modo que el centro
    de la entalladura coincida con el plano que recorre el eje del
    martillo o bien la coincidencia se producirá con el eje
    longitudinal de la probeta, en el método Izod.

    7) La arista del martillo Charpy deberá entrar en
    contacto simultáneo con todo el ancho de la cara de la
    probeta opuesta a la entalladura.

    Para satisfacer estas tres últimas condiciones
    las máquinas presentan calibres de control.

    8) Los péndulos standard utilizados
    tendrán alcances máximos de 300 ± 10 Joule
    para el ensayo Charpy y de 162,3 ± 3,4 Joule para el Izod,
    con un error permitido de hasta ± 0, 5 %.

    9) El valor de energía absorbida resultará
    siempre del promedio de tres determinaciones como mínimo
    y, en el caso de ensayos a temperaturas distintas de la ambiente,
    se deberá calentar o enfriar a las probetas
    simultáneamente.

    10) Los valores de la velocidad, energía de
    impacto, temperatura de ensayo y tipo de probeta utilizada,
    deberán consignarse al comienzo del informe sobre la-
    experiencia realizada.

    f) ENSAYOS DE FLEXION
    POR CHOQUE

    f-1) FLEXION POR CHOQUE DE ACEROS AL CARBONO

    Material: Aceros SAE 1006 a 1070.

    Método: Charpy con entalla en V

    EFECTO DEL CARBONO Y
    AGREGADOS

    En correspondencia con lo visto al analizar las
    propiedades de los aceros para el estado de tracción
    simple, un aumento en el porcentaje de carbono o lo que es lo
    mismo un incremento de la estructura perlítica, provoca
    una disminución de la tenacidad del material, que se
    manifiesta en los ensayos de flexión por choque como una
    disminución de la energía de rotura a temperatura
    ambiente (de aproximadamente 300 a 15 Joule) y un aumento en la
    temperatura de transición de aproximadamente – 70 a + 1000
    C, para una variación del porcentaje de carbono de 0,01 a
    0,67 %, figura 12 Considerando como temperatura de
    transición "a la temperatura para la cual la
    energía absorbida cm de 21 Joule", Tda de la figura
    7

    Figura 12

    Otro efecto observado es la variación del salto
    de temperatura que provoca la transición
    dúctil-frágil; así para aceros de 0,01% a
    0,11% de C se pasa de una a otra fractura para pequeñas
    diferencias de temperaturas, las que aumentan considerablemente
    para los de 0,22% a 0,31%. A partir de 0,43% de C los diagramas Ao – T
    tienden ala horizontal, indicando que las temperaturas se deben
    elevar considerablemente para cambiar las características de plasticidad del
    material, aún para pequeñas variaciones en el valor
    de la energía.

    Es de hacer notar que, si bien una transición
    suave puede ser beneficiosa, la mayor ductilidad está
    definida por altos valores de la energía absorbida y bajas
    temperaturas de transición (aceros de 0,01 % a 0,31 % de
    carbono).

    Por otra parte, elementos de aleación como el
    manganeso, níquel, silicio, etc., mejoran la capacidad de
    los aceros para absorber cargas dinámicas por aumento de
    la energía y/o por disminución de la temperatura de
    transición.

    En general, aceros con manganeso en porcentajes menores
    del 2 %, experimentan una disminución de su temperatura de
    transición de aproximadamente 60° C por cada 0,10% de
    manganeso agregado, figura 13.

    Figura 13

    Otros elementos como el fósforo y el azufre,
    imposibles de ser totalmente eliminados en el proceso de
    obtención de los aceros, producen por el contrario un
    efecto fragilizante, por ejemplo un aumento de 0,01 % de
    fósforo origina una elevación de 7° C en la
    transición dúctil-frágil.

    EFECTO DEL TRATAMIENTO TERMICO

    Aún cuando las modificaciones en la
    microestructura de un acero, como
    resultado de distintos tratamientos térmicos, pueden
    otorgar a los productos
    terminados propiedades mecánicas similares, originan
    importantes variaciones de su comportamiento bajo efectos
    dinámicos de choque, figura 14.

    Teniendo en cuenta la gran dependencia de la
    energía absorbida y de la temperatura de transición
    con la microestructura, el ensayo de choque es el medio ideal
    para la verificación y control de
    calidad de los tratamientos térmico
    realizados.

    Figura 14

    RELACION Ao – σ – T

    La figura 14 obtenida sobre trabajos de N. S. Pellini –
    1971 para ensayos de flexión por choque en aceros de igual
    aleación pero distinta composición (SAE 10xx),
    muestra la variación de la energía de rotura con la
    temperatura y el límite de elasticidad del
    material.

    Figura 15

    Como ya hemos visto (fig. 12), a una temperatura dada la
    energía absorbida decrece con el aumento de la resistencia
    de los aceros hipoeutectoides, disminución que
    también se manifiesta para cada tipo de acero al bajar la
    temperatura.

    Es decir que, en un gráfico tridimensional como
    el de la figura 15, podremos definir un rango de temperaturas de
    transición a composición química constante y
    otro de resistencia de transición a temperatura constante.
    Quedará así definida una superficie de rotura
    dúctil-frágil, mixta o de transición de
    manera que el gráfico nos dé una visión
    generalizada del comportamiento de los aceros al carbono bajo
    solicitaciones dinámicas.

    f-2) FLEXION POR CHOQUE DE FUNDICION
    ESFEROIDAL

    Material: Fundición esferoidal de colada
    ("as-cats"), recocido, normalizado y revenido, templado y
    revenido.

    Probetas: Charpy: 10 X 10 X 55 mm; entalla en V a
    45° (fig. 8 -8). Izod: 10 X 10 X 75 mm; entalla en V a 450
    (fig. 8-12).

    Péndulo: Tinius Olsen de 36,5 kgfm y 16,6 kgfm
    para Charpy e Izod.

    Valores de ensayos:

    Sin Tratar

    Charpy

    0,5

    0,5

    0,5

    Izod

    0,15

    0,15

    0,15

    Recocida

    Charpy

    1

    1,5

    1

    Izod

    1,25

    1,5

    1,25

    Normalizada

    Charpy

    0,5

    0,5

    0,75

    Izod

    0,25

    0,25

    0,25

    Templada

    Charpy

    0,5

    0,5

    0,75

    Izod

    0,35

    0,5

    0,25

    Los valores corresponden a la energía de rotura
    Ao en kgfm.

    f-3) FLEXION POR CHOQUE DE METALES NO
    FERROSOS

    Los metales y aleaciones no ferrosas pueden o no
    coincidir con las características de transición
    dúctil-frágil correspondientes a los aceros y sus
    aleaciones.

    El cinc, que de acuerdo a normas se ensaya en
    flexión por choque entre –20° y +40° C,
    presenta a bajas temperaturas muy pequeña resiliencia, la
    que se eleva considerablemente para valores ligeramente
    superiores a la del ambiente. Sin embargo, aumentando la
    temperatura, tiene tendencia a disminuir su capacidad de absorber
    energía; esta característica es de importancia si
    se tiene en cuenta que la disminución de la ductilidad
    puede corresponder a temperaturas de uso del material.

    El comportamiento del cobre,
    aluminio y sus
    aleaciones bajo efectos dinámicos de impacto, resulta
    distinto al de los aceros y el cinc, pues la disminución
    de la temperatura acrecienta ligeramente la
    ductilidad.

    En el níquel y sus aleaciones el aumento de la
    resiliencia es de importancia, al disminuir la temperatura y
    sólo para valores muy bajos de ésta se produce una
    ligera disminución de la energía de
    rotura.

    El aumento de la tenacidad con la disminución de
    la temperatura, tiene lugar en los metales que presentan
    estructura cristalina correspondiente al sistema
    cúbico de caras centradas.

    FLEXION POR CHOQUE DE COBRE Y
    ALEACIÓN (ASTM 260)

    Materiales: Cobre electrolítico y aleación
    ASTM 260 (Cu = 70 %;Zn = 30 %)

    Método: Izod.

    El cobre y los llamados latones monofásicos, como
    el ensayado (figura 16) son ejemplos típicos de metales de
    estructura cúbica de caras centradas. Se verifica el
    aumento de la energía al disminuir la. temperatura y la
    carencia del período de transición
    dúctil-frágil en el rango de temperaturas de
    ensayos.

    Además, la aleación obtenida con Zn
    presenta un aumento de la tenacidad por incremento de la
    energía a igual temperatura, con respecto al cobre
    electrolítico.

    Figura 16

    g) Bibliografía:

    Laboratorio de Ensayos Industriales, Antonio
    Gonzalez Arias, Ed. Litenia

    Ensayos Industriales, Gonzalez-Palazon

     

     

    Autor:

    Hernan Giagnorio

    Estudiante de Ingenieria Aeronautica

    Universidad Tecnologica Nacional, Facultad Regional
    Haedo

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