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Ensayo de resiliencia

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El ensayo de resiliencia, también llamado de impacto o choque proporciona una medida de la tenacidad del material e indirectamente de su ductilidad ya que en general existe una correlación entre ambas características; el valor numérico obtenido, sin embargo, es similar al de la resiliencia por lo que también se denomina ensayo de resiliencia.

La razón de esta coincidencia se debe al hecho de que en el ensayo de impacto la carga que provoca la rotura de la probeta se aplica de forma instantánea impidiendo la deformación plástica del material provocando en la práctica la fractura frágil de materiales dúctiles.

El valor obtenido en el ensayo constituye una referencia válida para prever el comportamiento de los materiales frente a cargas dinámicas (variables) y valorar si un material concreto será adecuado en una determinada situación, si bien, a diferencia de otras características determinadas mediante ensayo, como por ejemplo las del ensayo de tracción, el valor de la resiliencia no tiene utilidad en los cálculos de diseño.

Realización del ensayo

Ensayo Charpy. 1. Probeta 2. Entalla 3. Cuchilla del péndulo.

El ensayo destructivo, como muestra la figura, consiste en romper una probeta entallada golpeándola con un péndulo.

Partiendo de una altura H incial desde la que se deja caer el péndulo de peso P y alcanzando éste después de romper la probeta una altura h (girando en total un ángulo α + β) se puede calcular la energía absorbida por la probeta en el impacto suponiendo que ésta es igual a la perdida por el péndulo.

  • Energía potencial inicial: P×H = P×L×(1 - cosα)
  • Energía potencial final: P×h = P×L×(1 - cosβ)

La energía absorbida por la probeta será:

P×L×(1 - cosα) - P×L×(1 - cosβ) = P×L×(cosβ - cosα)

Cuanta mayor sea la fragilidad del material y menor su tenacidad más facilmente romperá el péndulo la probeta y mayor altura alcanzará tras el impacto. Materiales muy dúctiles y tenaces que son capaces de absorber grandes cantidades de energía de impacto pueden incluso resistir el choque sin llegar a romperse; en este caso el valor de la resilencia queda sin determinar.

El péndulo en su balanceo inicial arrastra una aguja que queda fija en el punto más elevado alcanzado tras el impacto señalando sobre una escala graduada el valor de la resiliencia.

La temperatura normalizada de ensayo es de 20 ºC como para el resto de características en mecánica (dimensiones de las piezas incluidas), no obstante pueden ensayarse probetas a distintas temperaturas cuando la pieza tenga que soportar temperaturas distinta de la ambiente, sean éstas bajas temperatura, -20ºC, para simular el comportamiento durante, por ejemplo, las heladas, criogénicas (-71ºC a -196ºC) o altas temperaturas. Igualmente ensayos a distinta temperatura permiten determinar la temperatura de transición frágil-dúctil del material y por tanto la temperatura mínima de servicio.

Ensayos de resiliencia.

Variantes

Existen dos variantes básicas del ensayo de resiliencia desarrolladas ambas a principios del siglo XX.

  • Ensayo Charpy. La probeta se apoya en sus extremos y se golpea en el centro por la cara contraria a la entalla.
  • Ensayo Izod. La probeta —empotrada por una de sus mitades— se golpea en el extremo del voladizo por la cara de la entalla.

Probetas

Las probetas de sección rectangular o circular se mecanizan a partir de muestras representativas del material, variando su tamaño y dimensiones y los de la entalla en función de la máquina y norma nacional utilizada en el ensayo.

Formas de las entallas.

La probeta tipo según ISO y normativa europea es de sección cuadrada de 10 mm de lado y 55 mm de longitud colocándose con una distancia entre apoyos de 40 mm. La entalla es de los tipos bulbo y cilíndrica con una profundidad de 5 mm, ancho máximo de 2 mm y una superficie de rotura de 10×5 mm².

En la norma ASTM E23 o Charpy-V la probeta es de iguales dimensiones y distancia entre apoyos que la anterior pero la entalla es triangular formando las caras un ángulo de 45º, con una profundidad de 2mm y redondeo en el fondo de la entalla de 0,25 mm de radio.

La norma DIN 50115 emplea probetas similares a las ISO pero de menos profundidad (3 mm la DVM y 2 mm la DVMK).

La entalla de las probetas Izod, equivalentes a la norma BS 131 (V) son triangulares con las dimensiones de la Charpy-V.

Referencias

Fuentes empleadas y notas