DETERMINACIÓN DE LA TENACIDAD A LA FRACTURA UTILIZANDO PROBETAS DE FLEXIÓN CON CARGA EN TRES PUNTOS, SEGÚN NORMA ASTM E399

DETERMINACIÓN DE LA TENACIDAD A LA FRACTURA UTILIZANDO PROBETAS DE FLEXIÓN CON CARGA EN TRES PUNTOS, SEGÚN NORMA ASTM E399
INTRODUCCIÓN
La “resistencia a la fractura” o tenacidad K, constituye el concepto básico de la mecánica y el KIC la medida de tenacidad crítica de un material. La norma ASTM E399 plantea un método de medida de KIC, la que es actualmente de aceptación general. Lascondiciones del ensayo se plantean en un ambiente neutral y con la presencia de una grieta aguda en la probeta, la cual es sometida a una fuerza tensora intensa. El estado de tensión cerca del frente de la grieta se encuentra en una condición de deformación plana y la región plástica ubicada en la punta de la grieta, es pequeña comparada con su tamaño y la dimensión de la probeta en la dirección deaplicación de la fuerza.
Para poder efectuar el ensayo, es necesario contar con el utillaje aceptado por la norma, y la máquina para fatiga y carga que se efectuará a la probeta.
1.Objetivos de la experiencia
Objetivo General
Determinar el KIC de un material, de acuerdo a las condiciones establecidas por la norma ASTM E399 para probetas de flexión con carga en tres puntos. Esto permitirá conocerla utilización del utillaje correspondiente, implementación del ensayo y etapas involucradas.
Objetivos Específicos.
Conocer la utilización del utillaje, implementación del ensayo y etapas involucradas para este.
2.Procedimiento experimental.
La máquina utilizada para desarrollar el ensayo es la Máquina Hidráulica Estática y de Fatiga Fast Track™ 8870 la cual maneja niveles de carga de hasta50KN y equipo de ultrasonido para medir la propagación de la grieta.
La experiencia se desarrollará en 3 pasos: mecanizado, fatiga y carga de probetas y se hará tres veces para promediar el resultado de la practica KIC.
2.1 Primer paso metodológico: mecanizado de probetas
Dimensionamiento y configuración de probetas.
Los parámetros “B”, “W” y “S” son los valores de espesor, alto y longitudentre apoyos de la probeta respectivamente (figura 1). Estos valores se encuentran por la aplicación de la ecuaciones siguientes, función del KIC y σ0.2% del material a ensayar, donde el KIC debe ser registrado en datos experimentales obtenidos anteriormente en referencia.
B≥2.5KICσ0.2%2W=2BS=4W=8BDonde B es el espesor de la probeta, W la altura y S el largo entre apoyos de la probeta aflexión.

Figura 1. Dimensionamiento de la probeta a flexión según ASTM E 399.
Supongamos una probeta en acero AISI 4340 HR con un σ0.2%=785MPa y un KI=75 MPamBmin≥2.575 MPam785MPa2=0.023 mEscogemos un B=25 mm.
W=2B=225mm=50 mmS=4W=450 mm=200 mmConfiguración de la entalla de la probeta y largo de grieta permitido
La entalla en V (figura. 2) se ubica a la mitad del largo de la probeta. El valor dela longitud de la grieta “ a ” (medida desde el comienzo de la entalla), debe ser aproximadamente igual al espesor “ B ” de la probeta (0.45W< a <0.55W siendo B=0.5W).
Más específicamente se debe cumplir la condición señalada en la siguiente ecuación, con la cual el ensayo queda condicionado bajo un régimen lineal elástico.
W-a≅a≥2.5KICσ0.2%2a=0.025 mEl ancho de la entalla no debe sersuperior a un décimo de la dimensión de la altura "W" de la probeta, el ángulo de corte en la punta de la entalla debe ser de 90-+2°.

Figura 2. Forma y dimensiones de la entalla según ASTM E 399.


2.2 Segundo paso metodológico.
Fatiga de probetas
Antes de proceder a ensayar las probetas previamente construidas, se deben lijar sus caras principales con la finalidad de poder visualizar eldesplazamiento de la grieta en la etapa de fatiga. Para ello se utiliza un set de lijas al agua (grano 200 hasta 2000), con las cuales se frota el material en una dirección a 90º con respecto al lijado anterior.
Marcar en las caras principales de la probeta la longitud de la grieta por fatiga que se establece para el ensayo en particular. Esta marca se realiza con un lápiz de tinta en dirección...