ÍNDICE
Resumen.................................................................................................................................... 2 Introducción .............................................................................................................................. 2 Materiales ................................................................................................................................. 3 Metodología .............................................................................................................................. 3 Resultados ................................................................................................................................. 3 Discusión ................................................................................................................................... 4 Bibliografía ................................................................................................................................. 4
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Resumen
En el contexto del estudio de las propiedades de los materiales y mediante un experiencia en laboratorio, se busca registrar la tenacidad y dureza de un tipo especial de acero compuesto por 0,2% de Carbono a dos diferentes temperatura, temperatura ambiente, 31 °C, y a -58°C. Esta media se obtiene a través del ensayo de Charpy, que consiste en impactar una probeta entallada de este tipo especial de acero con un péndulo de Charpy. Mediante este procedimiento se registra la energía del impacto del ensayo, en Joule, que se divide en energía cinética y de fractura. Inicialmente se mide la energía del péndulo sin impactar nada, obteniendo así la fuerza de roce del aire. Después, se impacta la probeta a temperatura ambiente, se registra la energía y luego se mide la dureza de la probeta (aprox. 10 mediciones) con un durómetro, este procedimiento se repite con la probeta enfriada. Introducción
Para poder realizar y entender el experimento, es necesario definir los conceptos de tenacidad y dureza. La tenacidad es una propiedad física de los materiales, se refiere a la energía que absorbe un material antes de romperse. Por eso el concepto está asociado a la resistencia y supone una medida de la cohesión de las cosas. [1] Por otro lado se entiende por dureza, la propiedad de la capa superficial de un material de resistir la deformación elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos de contacto locales inferidos por otro cuerpo, más duro, el cual no sufre deformaciones residuales (indentador o penetrador), de determinada forma y dimensiones.[2] Mediante el ensayo Charpy se busca observar el comportamiento del acero cuando se le aplica un choque que genera el rompimiento y expulsión de la probeta a diferentes temperaturas. Este experimento pretende tener una noción de la resistencia de los materiales a las cargas de impacto, además de realizar una comparación del mismo material a diferentes temperaturas. Este experimento consiste la utilización de un instrumento que consiste en un péndulo y un patrón donde situar la probeta, primero se fija el péndulo donde es sujetado por dos apoyos luego se pone la probeta con la ranura hacia el lado del impacto, se deja caer el péndulo por efecto de la gravedad, impactando la probeta, la maquina entrega la cantidad de energía perdida en el impacto en Joule, es necesario notar que también existe una fuerza de roce que produce el aire. La ecuación a utilizar en el informe se presenta a continuación: I.
: Energía aproximada utilizada sólo para la destrucción de la probeta [J] : Energía mostrada por el indicador [J] : Energía disipada por fricciones [J]
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Objetivos
El objetivo principal de este experimento es observar y cuantificar la influencia de la temperatura sobre la tenacidad y dureza de un material a dos temperaturas distintas, en este caso de acero SAE1020, compuesto por un 2% de Carbono.
Materiales
2 probetas de acero SAE 1020 a diferentes temperaturas: ambiente (31°C) y -58°C Hielo seco en un recipiente de telgopor. Maquinaria para ensayo Charpy. Antiparras por seguridad.
Metodología:
1. Se introduce una probeta en el recipiente con hielo seco, junto al sensor del termómetro, y esperar hasta alcanzar el equilibrio térmico entre el hielo y la probeta, se registra esa temperatura, -58°C. 2. Se realiza procedimiento de seguridad que consta en la utilización de antiparras. 3. Se realiza un lanzamiento en vacío del péndulo y realizar la medición para obtener la fuerza de roce. 4. Luego se realiza el ensayo de Charpy con la probeta a temperatura ambiente, se registra la energía disipada. 5. Se detiene el movimiento del péndulo con el freno de seguridad. 6. Se procede a medir la dureza de la probeta mediante un durómetro, este procedimiento consiste en poner le durómetro verticalmente sobre la probeta, se presiona el gatillo y entrega la medición en [HV], repetir la medición 10 veces. 7. Se repite el experimento con la probeta enfriada. 8. Esta vez la medición de la dureza se debe hacer rápidamente, debido a que la temperatura ambiente calienta la probeta haciendo cambiar su dureza.
Resultados
Ambas probetas llegaron a la ruptura (falla). Los resultados obtenidos en el laboratorio para las energías de impacto sobre las probetas, medidas en Joule son las siguientes. Ensayo de Charpy Medición 1 2 3
Energía [J] 0,068[J] 34,029[J] 10,335[J]
Temperatura [°C] 31 [°C] 31 [°C] -58 [°C]
Resultado Roce Falla Falla
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Los resultados obtenidos para las pruebas de dureza, medidos para la probeta a temperatura ambiente 31oC y a 58oC se muestran a continuación. Durómetro Medición 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Promedio
Probeta 1 Altura [HV] 124 96 122 82 86 83 85 90 95 132 99,5
Probeta 2 Altura [HV] 159 202 195 184 249 162 197 174 127 128 177,7
Discusión
Se pudo notar que la temperatura tiene gran influencia en las propiedades físicas de los materiales, en este caso tenacidad y dureza para el acero SAE1020, se observó que al disminuir la temperatura, también lo hacia la tenacidad y por otro lado la dureza aumentaba, es decir el materia se volvía más frágil y duro a la vez. Por esto mismo, además se debe notar que al realizar el experimento con la probeta enfriada, esta tiende rápidamente a volver a la temperatura ambiente, por lo que al realizar las mediciones de la dureza, estas no son tan exactas ni coincidentes a medida que avanza el tiempo. Otro error de medición con el durómetro, es que este debe estar posicionado verticalmente al realizar la medición, y debido a que esta se hace a pulso, el error humano incrementa los errores de medición. Otro detalle que es importante mencionar, es que las mediciones con el ensayo de Charpy también poseen errores puesto que la fuerza de roce del aire, también es registrada en el total de energía disipada.
Bibliografía
1. Definición [en línea] [consulta: martes 2 de abril 2013] 2. UTP [en línea] < http://www.utp.edu.co/~gcalle/Contenidos/DurezaHB.htm> [consulta: 2 de abril 2013]
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