Universidad de La Rioja Área de Ciencia de Materiales Asignatura: Ciencia de Materiales INFORME DE LA PRÁCTICA “Nº2” ENSAYO CON PÉNDULO CHARPY ALBERTO PÉREZ MARTÍN ÍNDICE: 2 - -OBJETIVOS, NORMATIVAS Y MATERIALES - PROCESOS INVOLUCRADOS Y RESULTADOS - PROFUNDIZACIÓN - REFERENCIAS OBJETIVOS, NORMATIVAS Y MATERIALES El objetivo de esta practica es estudiar la resiliencia de ciertos materiales ante el ensayo Charpy, ensayo de traccion y el ensayo de fluencia. Para estudiar esta resiliencia lo que haremos es, ademas del experimento, calcular la energía almacenada por el material para ver cuanto cuanta energía es capaz de aguantar antes de su rotura. En cuanto a la normativa tanto para el ensayo como para los materiales, es la siguiente: Para las probetas metalicas la normativa asociada es la UNE-EN150148-1[1]. En cuanto a la normativa de la probeta de madera es la UNE 56-536-77[2]. Para el ensayo Charpy la normativa es la siguiente UNE-ISO 13802[3]. El ensayo de traccion, su normativa es UNE-ISO 53 023[4]. Y por ultimo el ensayo de fluencia, su normativa es la UNE-ISO 899 1[5]. En cuanto a los materiales utilizados en la practica y los ensayos son los siguientes: Las probetas utilizadas en el ensayo Charpy son tres, dos metalicas, una de ellas con una entalla en forma de u siendo un acero C55(55% de carbono) y otra con entalla en forma de v siendo una fundicion, por lo que tendra un comportamiento distinto. Por otra parte se utilizara una probeta de madera, de dimensiones asociadas a la normativa citada anteriormente. Tambien tendremos otra probeta para el ensayo de traccion, esta consiste de un palo de acero unido a un una circunferencia de acero tambien. Figura 1. Probeta para ensayo Charpy. Para los ensayos de traccion y Charpy, utilizaremos el pendulo de Charpy. Este consiste de una especie de guillotina a la cual se le aplica con una manivela una energía inicial con la que va a caer. En la parte inferior se coloca la probeta deseada a investigar. Una vez todo listo, se suelta la guillotina y la golpea, dandonos un valor de energía que explicaremos posteriormente. Figura 2. Pendulo Charpy. 3 Para el ensayo de fluencia, utilizaremos esta maquina o dispositivo, y a su vez dos probetas como la que aparece en la imagen. Son de dos materiales distintos, una de ellas de plastico y otra de plomo. En cuanto al proceso de funcionamiento, los explicare posteriormente. Figura 3. Maquina ensayo de fluencia Para tomar las medidas de las probetas para posteriormente calcular lo que te piden utilizaremos el calibre. Este nos facilitara el trabajo, ya que aunque en la normativa ponga cuales tienen que ser las dimensiones exactas pero como veremos a continuacion, no tendran las medidas exactas. Figura 4. Calibre. PROCESOS INVOLUCRADOS Y RESULTADOS En cuanto al proceso de la practica fue el siguiente: Primero comenzamos con el ensayo de Charpy, como ya hemos dicho anteriormente utilizaremos en pendulo de Charpy. Para este ensayo utilizaremos tres probetas, las dos con entalla de u y v, y la de madera. Lo primero a realizar es la medicion de las probetas con el calibre, la que tiene entalla en forma de u tiene unas dimensiones de 9.88x9.90 mm . La de entalla con forma de v tiene unas dimensiones de 9.80x10.16 mm . Y por ultimo la de madera tiene unas dimensiones de 24.70x25.82x300 mm . Una vez tomadas estas medidas y tras una explicacion de lo que va a ser el ensayo pasamos a realizarlo. Se coloca la probeta en la zona inferior del pendulo, con la zona de la entalladura hacia el lado contrario de donde va a recibir el golpe. Mediante la manivela, ajustamos la energía potencial inicial con la que vamos a golpear la probeta. Una vez ajustada a la energía deseada se deja caer para golpear la probeta. Dependiendo de la energía que es capaz de absorber la probeta, partira o no. La energía absorbida por la probeta la obtendremos haciendo la resta entre la energía potencial inicial que hemos puesto nosotros y la que nos marque el pendulo despues de golpear la probeta. Para calcular el coeficiente de resiliencia por las probetas metalicas se hace de la forma que acabamos de citar, pero en cambio, para sacar la de la probeta de madera, se consigue utilizando la siguiente formula: 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 𝑲(𝒄𝒐𝒆𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒍𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂) = 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 4 Calculos Charpy: Primer ensayo: Energía potencial inicial= 30 kgms Energía potencial final= 3.75 kgms La probeta con entalla de u si que rompe. 𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 𝒂𝒃𝒔𝒐𝒓𝒃𝒊𝒅𝒂 = 30 − 3.75 = 26.25 𝑘𝑔𝑚𝑠 Segundo ensayo: Energía potencial inicial= 20 kgms 𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 𝒂𝒃𝒔𝒐𝒓𝒃𝒊𝒅𝒂 = 20 − 4 = 16 𝑘𝑔𝑚𝑠 Energía potencial final= 4 kgms Este caso lo hicimos tambien con el mismo tipo de probeta, con entalla en forma de u, para ver que bajando la energía inicial, teoricamente no debería de partirse. Finalmente si que partio, puede ser que sea causado por alguna imperfeccion de la probeta. Tercer ensayo: Energía potencial inicial= 25 kgms 𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 𝒂𝒃𝒔𝒐𝒓𝒃𝒊𝒅𝒂 = 25 − 4= 21 𝑘𝑔𝑚𝑠 Energía potencial final= 4 kgms En este caso cambiamos la probeta a una de entalla en forma de v y tambien variamos la energía potencial inicial. En este caso la probeta tambien rompio. Cuarto ensayo: Energía potencial inicial= 30 kgms 𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 𝒂𝒃𝒔𝒐𝒓𝒃𝒊𝒅𝒂 = 30 − 2.5 = 27.5 𝑘𝑔𝑚𝑠 Energía potencial final= 2.5 kgms Por ultimo, realizamos el ensayo con la probeta de madera. En este caso tambien rompio la probeta, pero para sacar la constante K citada anteriormente sera necesario aplicar otra formula tambien citada anteriormente, por lo tanto la constante K sera: 𝑲(𝒄𝒐𝒆𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒍𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂) = 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 27.5 = = 4.31 𝑘𝑔𝑚𝑠/𝑐𝑚2 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 2.47𝑥2.582 Ensayo de traccion: Este segundo ensayo tambien se realiza con en pendulo de Charpy, pero se realizan unos cambios en la estructura del mismo para que pueda realizarse correctamente. En este caso se utiliza la probeta que es un palo de acero unido a una circunferencia tambien de acero. Una vez preparada la instalacion. Tomamos los datos iniciales de la probeta para compararlos con los finales que tomaremos tras el ensayo. Estos datos son tales como longitud y diametro de la probeta. Se elige una energía potencial inicial que sera con la que se golpea la probeta. En el caso de este ensayo, si se partio. Despues de esta se midieron los mismos datos pero al final. Estos serviran para unos cuantos calculos que mostrare a continuacion. 5 Calculos: Longitud inicial=78.22 mm 𝐿 −𝐿𝑖 × 100 = 6.34% 𝐿𝑖 𝐴[%] = 𝐹 Longitud final=83.18 mm 𝑍[%] = 𝐷𝐹 −𝐷𝑖 × 100 = 16.3% 𝐷𝑖 Diametro inicial=6 mm 𝐾= 𝐸 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 = 7.95 𝐽/𝑚𝑚2 𝜋×𝑟 2 Diametro final=5.02mm Siendo la energía potencial inicial=300 J y la final =75 J Ensayo de fluencia: Este ultimo ensayo consiste en aplicar una tension o esfuerzo constante durante un tiempo prolongado. A lo largo de este tiempo podremos observar que la deformacion del material tambien va a variar. En el caso de este ensayo no tenemos datos obtenidos ya que necesitaríamos alrededor de unos 5 dias para ver las deformaciones que se han formado en el material. PROFUNDIZACIÓN Para el apartado de profundizacion me gustaría mencionar un pequeno detalle mencionado por el profesor que me ha parecido curioso y que ademas aparece en la normativa del ensayo Charpy, por lo que es importante. Esto es que a la hora de realizar el ensayo a la probeta de madera, el golpe tiene que ser paralelo a las fibras de la propia madera, ya que si no el resultado sería completamente distinto. Ya que dependiendo de la posicion de la probeta puede tener mas o menos resistencia a la rotura o al golpe. REFERENCIAS UNE-EN150148-1[1]. UNE 56-536-77[2]. UNE-ISO 13802[3]. https://www.bing.com/ck/a?!&&p=812c7b3f1d599554JmltdHM9MTY2NjY1NjAwMCZpZ3VpZD0zY2U2Mzhk MC01Y2QwLTZlMjYtM2Q5Zi0yODMwNWQ3ODZmZDgmaW5zaWQ9NTQwNQ&ptn=3&hsh=3&fclid=3ce638d0 -5cd0-6e26-3d9f28305d786fd8&psq=NORMATIVA+ENSAYO+CHARPY&u=a1aHR0cHM6Ly93d3cuaW5zdHJvbi5jb20vZXMtZXM vcmVzb3VyY2VzL2dsb3NzYXJ5L2MvY2hhcnB5IzpOnRleHQ9RW4lMjBlbCUyMGVuc2F5byUyMENoYXJweSUyMHNlJTIwdXNhbiUyMG1hcnRpbGxvcyUyMHBlbmR 1bGFyZXMseSUyMHZlbG9jaWRhZGVzJTIwZGUlMjBlbnRyZSUyMDIlMkM5JTIweSUyMDMlMkM4JTIwbSUyRnM u&ntb=1 6 UNE-ISO 53 023[4]. https://www.bing.com/ck/a?!&&p=6011e996ee121b46JmltdHM9MTY2NjY1NjAwMCZpZ3VpZD0zY2U2Mzhk MC01Y2QwLTZlMjYtM2Q5Zi0yODMwNWQ3ODZmZDgmaW5zaWQ9NTE2MQ&ptn=3&hsh=3&fclid=3ce638d0 -5cd0-6e26-3d9f-28305d786fd8&psq=UNEISO+53+023&u=a1aHR0cHM6Ly93d3cudW5lLm9yZy9lbmN1ZW50cmEtdHUtbm9ybWEvYnVzY2EtdHUtbm9y bWEvbm9ybWE_Yz1OMDAxOTk4OA&ntb=1 UNE-ISO 899 1[5]. https://www.bing.com/ck/a?!&&p=b1b7edd875bcf709JmltdHM9MTY2NjY1NjAwMCZpZ3VpZD0zY2U2Mzhk MC01Y2QwLTZlMjYtM2Q5Zi0yODMwNWQ3ODZmZDgmaW5zaWQ9NTE1Nw&ptn=3&hsh=3&fclid=3ce638d0 -5cd0-6e26-3d9f-28305d786fd8&psq=UNEISO+899+1&u=a1aHR0cHM6Ly93d3cudW5lLm9yZy9lbmN1ZW50cmEtdHUtbm9ybWEvYnVzY2EtdHUtbm9yb WEvbm9ybWE_Yz1OMDAyOTkxMQ&ntb=1 7
