Práctica 4: ENSAYOS CON EL

PÉNDULO CHARPY Y

DE CHISPA

Asignatura: Ciencia de Materiales

Curso: 2ºA

Alumno: Miguel Alonso Jalón

Grado: Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

27/11/2016

2

INTRODUCCIÓN

Esta práctica consiste en un ensayo, en el cual se va a romper una probeta con un

péndulo. Para que el péndulo rompa la probeta hay que suministrarle una Energía. Las

probetas que vamos a utilizar son de acero, y tienen una entalla en su centro. Esta

entalla puede ser en forma de U o de V, y el golpe del péndulo se aplica en la cara

opuesta a la entalla.

En esta práctica realizaremos un ensayo de flexión y tracción por impacto o choque, o

también conocido como ensayo del péndulo de Charpy.

El péndulo ideado por Georges Charpy se utiliza en ensayos para determinar la

tenacidad de un material. Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada

a flexión en 3 puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia

entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía

absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía

absorbida en el área debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como

resiliencia.

Ensayo no normalizado de tracción por choque.

El ensayo Charpy es un ensayo destructivo en el que la rotura de la probeta se produce

por flexión de esta, debido al choque de una masa (22kg) y velocidad conocidas.

OBJETIVOS

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

27/11/2016

3

Para la realización dEl ensayo, utilizaremos lo siguiente:

- Probeta cilíndrica de acero F115 C45. L0 = 77,2mm.

∅ = 5,7 mm Roscada.

- Probeta tipo Charpy con entalla en u:

S = 10 x 10 mm2 L0 = 55 mm.

- Calibre. - Máquina de ensayo (Péndulo tipo Satec.)

PROCEDIMIENTO Y CÁLCULOS

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 al soporte de la base hasta su fallo por rotura a tracción.

Para este ensayo se le proporcionó una energía de impacto de 130J y se recogieron los

resultados.

Cálculos

27/11/2016

4

Datos iniciales

Probeta cilíndrica de acero F115 C45.

L0 = 77,2mm. ∅ = 5,7 mm Roscada.

Datos finales

Lf = 80 mm ∅f = 3 mm

Alargamiento %63,31002,77

2,7780100(%)

0

0

mm

mmmm

L

LLA

f

Estricción %37,471007,5

7,53100(%)

0

0

mm

mmmmZ

f

Resiliencia

3

2

0

2

0

/066,0

2,772

7,5

130J

.Re mmJ

mmmmlr

E

inicialVol

Esiliencia aABSORBIDA

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.

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.

27/11/2016

5

Cálculos

Datos iniciales

Probeta tipo Charpy con entalla en u:

S = 10 x 10 mm2 L0 = 55 mm.

En este ensayo, podemos obtener tres tipos de resultados:

1) 𝐸. 𝑆𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝐸. 𝑀𝑎𝑥 = 300𝐽 → 𝐾 + 𝑡𝑖𝑝𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎 (𝑈) =

𝐸. 𝐴𝑏𝑠 (𝐽𝑢𝑙𝑖𝑜𝑠)

2) 𝐸. 𝑆𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 < 𝐸. 𝑀𝑎𝑥 → 𝐾 + 𝑡𝑖𝑝𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎 (𝑈) + 𝐸. 𝑆𝑢𝑚 =𝐸. 𝐴𝑏𝑠 (𝐽𝑢𝑙𝑖𝑜𝑠)

3) Sección de probeta reducida → 𝐾 + 𝑡𝑖𝑝𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎 (𝑈) +𝐸. 𝑆𝑢𝑚.

𝐿𝑎𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛⁄ = 𝐸. 𝐴𝑏𝑠 (𝐽𝑢𝑙𝑖𝑜𝑠)

- Primera prueba:

𝐸. 𝑆𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 300𝐽 → 𝐸. 𝐴𝑏𝑠 = 212𝐽 → 𝐾𝑈 = 212𝐽

- Segunda prueba:

𝐸. 𝑆𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 250𝐽 → 𝐸. 𝐴𝑏𝑠 = 100𝐽 → 𝐾𝑈250 = 100𝐽

ENSAYO DE CHISPA

INTRODUCCIÓN

27/11/2016

6

La prueba de la chispa es probablemente uno de los métodos mas usados para

identificar los metales ferrosos.

Utilizando una esmeriladora mecanizada de alta velocidad y una probeta, le aplicaremos

cierta presión a la muela del esmeril y esta emitirá ciertos destellos o estelas

características del acero.

Dependiendo de la cantidad de carbono que contiene la probeta se producirán

explosiones, que dependiendo de la chispa que saquen, según el color así como la

distancia a la que son lanzadas estas chispas, nos permitirá en general, determinar la

cantidad de Acero y carbono que posee la probeta en observación.

Sí se acerca una probeta de acero a una muela de esmeril en movimiento, los granos de la muela arrancan pequeñas partículas de acero, calentándolas hasta la temperatura de fusión, cuando esto ocurre se producen varias explosiones, en estas se va a descomponer carbono en combinación con el oxígeno del aire del medio ambiente, pero debemos notar que esto solo sucede con los materiales ferrosos.

27/11/2016

7

PROCEDIMIENTO

En esta práctica, disponemos de 2 probetas, las cuales son F521 y F115, y no sabemos

cuál es cada una de ellas.

27/11/2016

8

Para ello, buscaremos en el prontuario, los aceros comerciales correspondientes a F521

y F115, los cuales son Heva FC y Heva TM respectivamente.

Imagen de las probetas que vamos a utilizar:

Una vez que ya tenemos localizados los aceros correspondientes, nos dirigiremos a la

máquina de chispa, en la cual vamos a comparar las chispas de las muestras

comerciales con nuestras probetas no identificadas.

27/11/2016

9

Al realizar el ensayo, comprobamos visualmente que la chispa desprendida por una de

las probetas es larga y brillante, y la de la otra probeta es más corta, por lo que

comprobamos con las muestras de los aceros obtenemos:

TM → Chispa larga.

FC → Chispa corta.