- Efectos
fragilizantes - Energía de
impacto - Métodos de
ensayo - Condiciones de ensayo para
flexión por choque - Ensayos de flexión por
choque - Bibliografía
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.
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.
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