Charpy

˜ ENSENANZA

REVISTA MEXICANA DE F´ ISICA E 52 (1) 51–57

JUNIO 2006

Prueba de impacto: ensayo Charpy
Y.Ortega Departamento de F´sica de Materiales, Facultad de Ciencias F´sicas ı ı Universidad Complutense de Madrid, 28040, Madrid, Espa˜ a. n
Recibido el 11 de mayo de 2005; aceptado el 27 de junio de 2005 En este trabajo se presentan algunos resultados interesantes de pruebas de impactoCharpy. A trav´ s del comportamiento a la fractura de e diversos metales y pol´meros, han sido analizados, de una forma did´ ctica, diversos factores, tales como: el incremento de la velocidad de ı a impacto, la presencia de entallas y la transici´ n d´ ctil-fr´ gil con el decrecimiento de la temperatura. o u a Descriptores: Prueba de impacto Charpy; pruebas mec´ nicas; efecto de los tratamientosen los materiales. a In this paper some interesting results of Charpy impact tests are presented. The increase in the impact velocity , the present of a sharp notch and the ductile-to-brittle transition with decreasing temperature have been treated in a didactic way, by analyzing the fracture behaviour of several metals and polymers. Keywords: Impact test; mechanical testing; materials treatmenteffects. PACS: 81.05.-t; 81.70.B; 81.40

1.

Introducci´ n o

La primera opini´ n que tenemos al observar el p´ ndulo de o e Charpy, es que se trata de una m´ quina de ensayo muy simple a desde el punto de vista mec´ nico (Fig. 1). Sin embargo, a pea sar de esa sencillez mec´ nica, con este instrumento se pueden a dise˜ ar varias pruebas de impacto donde se demuestra de forn ma r´ pida y did´ctica, la influencia que tienen determinados a a factores en el comportamiento mec´ nico de los materiales. a El nombre de este ensayo se debe a su creador, el franc´ s e Augustin Georges Albert Charpy (1865-1945). A trav´ s del e mismo se puede conocer el comportamiento que tienen los materiales al impacto, y consiste en golpear mediante una masa una probeta que se sit´ a en el soporte S (verFig. 1). La u masa M, la cual se encuentra acoplada al extremo del p´ ndue lo de longitud L, se deja caer desde una altura H, mediante la cual se controla la velocidad de aplicaci´ n de la carga en el o momento del impacto. La energ´a absorbida Ea por la probeta, para producir su ı fractura, se determina a trav´ s de la diferencia de energ´a poe ı tencial del p´ ndulo antes y despu´ s del impacto.Una vez coe e

´ nocido el angulo inicial de aplicaci´ n de la carga (α) y el o ´ angulo final (β) al que se eleva el p´ ndulo despu´ s de la roe e tura completa de la probeta, se puede calcular la energ´a Ea ı mediante la expresi´ n (1): o Ea = M gL[cos(β) − cos(α)], (1)

F IGURA 1. P´ ndulo de Charpy a) antes del impacto y b) despu´ s e e del impacto .

donde g representa la aceleraci´ n dela gravedad. o Los modos de fractura que pueden experimentar los materiales se clasifican en d´ ctil o fr´ gil, dependiendo de la cau a pacidad que tienen los mismos de absorber energ´a durante ı ´ este proceso. Actualmente no existe un criterio unico para determinar cuantitativamente cuando una fractura es d´ ctil o u fr´ gil, pero todos coinciden en que el comportamiento d´ ctil a u est´caracterizado por una absorci´ n de energ´a mayor que la a o ı requerida para que un material fracture fr´ gilmente. Por otra a parte el comportamiento d´ ctil tiene asociado altos niveles de u deformaci´ n pl´ stica en los materiales [1]. o a De acuerdo con la expresi´ n (1), dos de los factores que o determinan la energ´a m´ xima que se puede suministrar en el ı a momento del impacto son: el valor de lamasa M y la longitud de brazo L. Es por ello que existen diversos dise˜ os de n m´ quinas para pruebas de impacto Charpy, en los que combia nando los dos factores anteriormente mencionados se logran construir p´ ndulos que son capaces de brindar una energ´a e ı de impacto m´ xima de ∼ 358 Julios, como es el caso del a modelo Tinius Olsen (M = 27.2 kg L = 0.9 m) [2], con el que se realizan...