La prueba de impacto Charpy , también conocida como prueba Charpy con muesca en V , es una prueba estandarizada de alta tasa de deformación que determina la cantidad de energía absorbida por un material durante la fractura . La energía absorbida es una medida de la tenacidad de la muesca del material . Es muy utilizado en la industria, ya que es fácil de preparar y realizar y los resultados se pueden obtener de forma rápida y económica. Una desventaja es que algunos resultados son solo comparativos. [1] La prueba fue fundamental para comprender los problemas de fracturas de los barcos durante la Segunda Guerra Mundial. [2] [3]
La prueba fue desarrollada alrededor de 1900 por SB Russell (1898, estadounidense) y Georges Charpy (1901, francés). [4] La prueba se conoció como la prueba Charpy a principios del siglo XX debido a las contribuciones técnicas y los esfuerzos de estandarización de Charpy.
Historia
En 1896, SB Russell introdujo la idea de energía de fractura residual e ideó una prueba de fractura de péndulo. Las pruebas iniciales de Russell midieron muestras sin muescas. En 1897, Frémont introdujo una prueba para medir el mismo fenómeno utilizando una máquina con resorte. En 1901, Georges Charpy propuso un método estandarizado que mejoraba el de Russell al introducir un péndulo rediseñado y una muestra con muescas, dando especificaciones precisas. [5]
Definición
El aparato consiste en un péndulo de masa y longitud conocidas que se deja caer desde una altura conocida para impactar una muestra de material con muescas . La energía transferida al material se puede inferir comparando la diferencia en la altura del martillo antes y después de la fractura (energía absorbida por el evento de fractura).
La muesca en la muestra afecta los resultados de la prueba de impacto, [6] por lo que es necesario que la muesca tenga dimensiones y geometría regulares. El tamaño de la muestra también puede afectar los resultados, ya que las dimensiones determinan si el material está en deformación plana o no. Esta diferencia puede afectar en gran medida las conclusiones extraídas. [7]
Los métodos estándar para pruebas de impacto de barras con muescas de materiales metálicos se pueden encontrar en ASTM E23, [8] ISO 148-1 [9] o EN 10045-1 (retirado y reemplazado por ISO 148-1), [10] donde todos los Los aspectos de la prueba y el equipo utilizado se describen en detalle.
Resultados cuantitativos
El resultado cuantitativo del impacto prueba la energía necesaria para fracturar un material y puede usarse para medir la tenacidad del material. Existe una conexión con el límite elástico, pero no se puede expresar mediante una fórmula estándar. Además, la tasa de deformación puede estudiarse y analizarse para determinar su efecto sobre la fractura.
La temperatura de transición dúctil-frágil (DBTT) puede derivarse de la temperatura en la que la energía necesaria para fracturar el material cambia drásticamente. Sin embargo, en la práctica no hay una transición brusca y es difícil obtener una temperatura de transición precisa (en realidad es una región de transición). Un DBTT exacto puede derivarse empíricamente de muchas formas: una energía absorbida específica, un cambio en el aspecto de la fractura (por ejemplo, el 50% del área es hendidura), etc. [1]
Resultados cualitativos
Los resultados cualitativos de la prueba de impacto se pueden utilizar para determinar la ductilidad de un material. [11] Si el material se rompe en un plano plano, la fractura era frágil, y si el material se rompe con bordes dentados o labios cortantes, entonces la fractura era dúctil. Por lo general, un material no se rompe de una manera u otra y, por lo tanto, la comparación de las superficies dentadas con las planas de la fractura dará una estimación del porcentaje de fractura dúctil y frágil. [1]
Tamaños de muestra
Según ASTM A370, [12] el tamaño de muestra estándar para la prueba de impacto Charpy es de 10 mm × 10 mm × 55 mm. Los tamaños de muestra de tamaño secundario son: 10 mm × 7,5 mm × 55 mm, 10 mm × 6,7 mm × 55 mm, 10 mm × 5 mm × 55 mm, 10 mm × 3,3 mm × 55 mm, 10 mm × 2,5 mm × 55 mm. Detalles de las muestras según ASTM A370 (Método de prueba estándar y definiciones para pruebas mecánicas de productos de acero).
Según EN 10045-1 (retirado y reemplazado por ISO 148), [10] los tamaños de muestra estándar son 10 mm × 10 mm × 55 mm. Las muestras de tamaño reducido son: 10 mm × 7,5 mm × 55 mm y 10 mm × 5 mm × 55 mm.
Según ISO 148, [9] los tamaños de muestra estándar son 10 mm × 10 mm × 55 mm. Las muestras de tamaño reducido son: 10 mm × 7,5 mm × 55 mm, 10 mm × 5 mm × 55 mm y 10 mm × 2,5 mm × 55 mm.
Según el estándar MPIF 40, [13] el tamaño de muestra estándar sin muescas es de 10 mm (± 0,125 mm) x 10 mm (± 0,125 mm) x 55 mm (± 2,5 mm).
Resultados de la prueba de impacto en materiales de baja y alta resistencia
La energía de impacto de los metales de baja resistencia que no muestran un cambio de modo de fractura con la temperatura, suele ser alta e insensible a la temperatura. Por estas razones, las pruebas de impacto no se utilizan ampliamente para evaluar la resistencia a la fractura de materiales de baja resistencia cuyos modos de fractura permanecen sin cambios con la temperatura. Las pruebas de impacto generalmente muestran una transición dúctil-frágil para materiales de baja resistencia que muestran cambios en el modo de fractura con la temperatura, como los metales de transición cúbicos centrados en el cuerpo (BCC).
Generalmente, los materiales de alta resistencia tienen bajas energías de impacto que dan fe del hecho de que las fracturas se inician y se propagan fácilmente en materiales de alta resistencia. Las energías de impacto de materiales de alta resistencia que no sean aceros o metales de transición BCC suelen ser insensibles a la temperatura. Los aceros BCC de alta resistencia muestran una variación más amplia de energía de impacto que los metales de alta resistencia que no tienen una estructura BCC porque los aceros experimentan una transición microscópica dúctil-frágil. Independientemente, la energía de impacto máxima de los aceros de alta resistencia sigue siendo baja debido a su fragilidad. [14]
Ver también
Notas
- ^ a b c Meyers Marc A; Chawla Krishan Kumar (1998). Comportamientos mecánicos de materiales . Prentice Hall. ISBN 978-0-13-262817-4.
- ^ El diseño y métodos de construcción de buques mercantes de acero soldados: Informe final de una Junta de Investigación (de la Marina de los EE. UU.) (Julio de 1947). "Diario de soldadura". 26 (7). Diario de soldadura: 569. Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) - ^ Williams, ML y Ellinger, G. A (1948). Investigación de placas de acero fracturadas retiradas de barcos soldados . Representante de la Oficina Nacional de Normas
- ^ Siewert
- ^ Cedric W. Richards (1968). Ciencia de los materiales de ingeniería . Wadsworth Publishing Company, Inc.
- ^ Kurishita H, Kayano H, Narui M, Yamazaki M, Kano Y, Shibahara I (1993). "Efectos de las dimensiones de la muesca en V en los resultados de la prueba de impacto Charpy para muestras en miniatura de diferentes tamaños de acero ferrítico" . Transacciones de materiales - JIM . Instituto de Metales de Japón. 34 (11): 1042–52. doi : 10.2320 / matertrans1989.34.1042 . ISSN 0916-1821 .
- ^ Mills NJ (febrero de 1976). "El mecanismo de la fractura frágil en ensayos de impacto con muescas en policarbonato". Revista de ciencia de materiales . 11 (2): 363–75. Código Bib : 1976JMatS..11..363M . doi : 10.1007 / BF00551448 . S2CID 136720443 .
- ^ Métodos de prueba estándar ASTM E23 para pruebas de impacto de barras con muescas de materiales metálicos
- ^ a b ISO 148-1 Materiales metálicos - Ensayo de impacto de péndulo Charpy - Parte 1: Método de ensayo
- ^ a b EN 10045-1 Ensayo de impacto Charpy sobre materiales metálicos. Método de prueba (muescas en V y en U)
- ^ Mathurt KK, Needleman A, Tvergaard V (mayo de 1994). "Análisis 3D de modos de falla en la prueba de impacto Charpy". Modelado y Simulación en Ciencia e Ingeniería de Materiales . 2 (3A): 617–35. Código bibliográfico : 1994MSMSE ... 2..617M . doi : 10.1088 / 0965-0393 / 2 / 3A / 014 .
- ^ Definiciones y métodos de prueba estándar ASTM A370 para pruebas mecánicas de productos de acero
- ^ Métodos de prueba estándar para polvos metálicos y productos pulvimetalúrgicos . Princeton, Nueva Jersey: Federación de Industrias de Polvo Metálico. 2006. págs. 53–54. ISBN 0-9762057-3-4.
- ^ Courtney, Thomas H. (2000). Comportamiento mecánico de los materiales . Waveland Press, Inc. ISBN 978-1-57766-425-3.
enlaces externos
- Calculadora
- Vídeo sobre la prueba de impacto Charpy
[Categoría: Mecánica de fracturas]]