1. Materiales Prácticas de laboratorio
PRACTICA 4:
ENSAYO DE FLEXION POR IMPACTO O
CHOQUE
David Bueno Sáenz
Grado ingeniería mecánica
Grupo Laboratorio A-3
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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
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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
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FUNDAMENTO
En elementos sometidos a efectos exteriores instantáneos o variaciones bruscas de las cargas, las
cuales pueden aparecer circunstancialmente en la realidad, su fallo se produce generalmente, al no aceptar
deformaciones plásticas o por fragilidad, aun en aquellos metales considerados como dúctiles. Por estos
casos 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 preciso
para 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 cargas
instantáneas, por el trabajo necesario para introducir la fractura de la probeta de un solo choque, el que se
refiere a la unidad de área, para obtener lo que se denomina resiliencia o Tenacidad a la entalla, siendo
esta el área que se encuentra bajo la curva Tensión-deformación en la zona plástica, la cual se mide de la
siguiente 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 índice
comparativo de su plasticidad, con respecto a las obtenidas en otros ensayos realizados en idénticas
condiciones, por lo que se debe tener muy en cuenta los distintos factores que inciden sobre ella.
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Diremos pues que el objeto del ensayo de choque es el de comprobar si una maquina o estructura
fallará por fragilidad bajo las condiciones que le impone su empleo, cuando las piezas experimentan
concentración 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 por
choque con el método Charpy utilizando un pendulo tipo SATEC para ello. Este péndulo en su
movimiento descendente aplicará la energía de ensayo necesaria, siendo la máxima para nuestro ensayo
de 300J.
El método Charpy utiliza probetas ensayadas (estado triaxial de tensiones) y velocidades de
deformación 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 probetas
entalladas aprobadas por I.S.O (Internacional Standard Organización, ex I.S.A) que tienen las
dimensiones 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 sección
transversal 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 de
entalla 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:
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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 se
pueda determinar el alargamiento y la estricción.
Para ello se colocó la probeta longitudinalmente sobre los apoyos del péndulo y se dejó caer el
péndulo desde una altura determinada (según la energía de impacto a proporcionar) ,de manera que al
dejar caer el mismo arrastrara, por impacto, de una de los extremos de la probeta, quedando el otro fijado
a 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, simplemente
apoyada sobre la mesa de 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.
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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 parte
trasera de la entalla, se determinó primero cual era la energía de impacto que queríamos impartir sobre la
probeta 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 de
impacto: 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 siguiente
manera:
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
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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 cuales
vienen dadas en función de la velocidad de aplicación de la carga, observamos 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.
ENERGIA IMPACTO
160
140
120
E.ABSORBIDA
100
80 Serie1
60
40
20
0
E.APLICADA
Gráfica 2: Tenacidad a la entalla
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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.
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