Impacto Y Tenacidad A La Fractura

PRACTICA 5: IMPACTO Y TENACIDAD A LA FRACTURA
1. Objetivos

Conocer y aprender la ejecución del ensayo de Charpy y la medición de la tenacidad a la fractura de un material.
Realizar el ensayo de impacto sobre diferentes materiales para determinar su comportamiento y tipo de fractura.
Calcular la tenacidad a la fractura en materiales frágiles por medio de un ensayo de microindentación.2. Teoría

Tenacidad a la fractura
La tenacidad a la fractura describe la facilidad con la cual se propaga una grieta o defecto en un material y por ende establece las condiciones óptimas de diseño. Esta propiedad es de gran importancia, ya que la presencia de fallas o defectos en un material es inevitable durante el procesamiento, fabricación, o servicio de un material o componente.Estas fallas por lo general se presentan en el material en forma de grietas, agujeros, inclusiones no metálicas o defectos de soldadura o fabricación. Estas imperfecciones limitan la capacidad de un producto para resistir un esfuerzo a tensión, ya que el defecto concentra y amplifica el esfuerzo aplicado.
En el caso de un material de alta ductilidad, este presenta una alta tenacidad a la fractura, entanto que un material frágil presenta bajos valores de tenacidad a la fractura. A continuación se presentan dos métodos ampliamente utilizados para determinar la tenacidad a la fractura de un material:
* Ensayo de Impacto
Cuando un material se somete a un golpe repentino y violento, en el cual la deformación es extremadamente rápida, el material en algunos casos puede presentar uncomportamiento diferente al del ensayo de tensión. Por ejemplo, en el caso de un polímero termoplástico, si se estira de forma lenta, las moléculas del polímero tienen tiempo para desenredase y permitir elevadas deformaciones plásticas. Sin embargo, si el mismo material se estira rápidamente el tiempo es insuficiente para presentar una deformación plástica y el material se comportará de forma frágil. Esteensayo es de gran importancia para evaluar la fragilidad de un material bajo determinadas condiciones.
Entre los ensayos para medir la resistencia al impacto de un material se tienen: El ensayo Charpy y el ensayo Izod. El primero es comúnmente utilizado para ensayos en materiales metálicos en tanto que el segundo se usa frecuentemente en materiales poliméricos, las diferencias entre los ensayosse deben al tamaño de la probeta y a la forma de aplicación de la carga, las cuales vienen determinadas por normas industriales.
En el ensayo de impacto Charpy, como se muestra en la figura 1, la probeta es sujetada en la parte inferior del dispositivo, el cual dispone de un péndulo de masa m y el cual cae libremente desde una altura h, este impacta sobre la probeta y llega a una altura finalhf. Si se conocen las alturas inicial y final es posible calcular la diferencia en la energía potencial, la cual es la Energía de Impacto que absorbió el material al fallar, esta energía por lo general es expresada en Joules (N.m).

Figura 1. Esquema ensayo Charpy
Para calcular la tenacidad a la fractura de un material a partir de un ensayo charpy, se puede utilizar la siguiente relación:
Paramateriales dúctiles:
KICσy32=0.64*CNVσy3-0.01
Para materiales frágiles:
KIC2E=0.22*CNV1.5

: Tenacidad a la fractura [Pa*√m]
: Energía absorbida en el ensayo Charpy [N*m]
: Esfuerzo de fluencia [Pa]
E: Módulo de elasticidad [Pa]

* Microindentación
Una de las técnicas más utilizadas para determinar la tenacidad a la fractura de materiales frágiles es la microindentación, este ensayoconsiste en presionar un indentador sobre la superficie de un material para dejar una impresión, el tipo de huella así como la geometría del indentador es utilizada para determinar la dureza del material y en el caso de materiales frágiles como los cerámicos la tenacidad a la fractura; esta medida en los materiales cerámicos se basa en las grietas producidas durante la indentación como se...