T1: Materiales y fabricación · Ensayo de Charpy y Vickers — TECNOLOGIA E INGENIERIA II PEvAU Andalucía 2024

Ensayo de Charpy y Vickers

Problema

2024 · Extraordinaria · Titular

En un ensayo Charpy, el péndulo tiene una masa de $20\text{ kg}$ , cae desde una altura de $1\text{ m}$ y después de romper la probeta sube hasta una altura de $65\text{ cm}$ . La probeta del ensayo es de sección cuadrada de $10\text{ mm}$ de lado y presenta una entalla en el punto de impacto.

a) Calcular la energía disipada en la rotura.b) Calcular la profundidad de la entalla de la probeta sabiendo que la resiliencia del material es

85,75\text{ J/cm}^2

.c) Explicar brevemente el ensayo de dureza Vickers y dibujar un esquema del mismo.

Ensayo CharpyResilienciaDureza Vickers

Datos

m = 20\text{ kg}

h_0 = 1\text{ m}

h_f = 65\text{ cm} = 0.65\text{ m}

g = 9.81\text{ m/s}^2

Fórmulas

\text{La energía disipada en la rotura es la diferencia de energía potencial del péndulo:}

E_a = m g (h_0 - h_f)

Sustitución

E_a = (20\text{ kg}) \cdot (9.81\text{ m/s}^2) \cdot (1\text{ m} - 0.65\text{ m})

E_a = (20\text{ kg}) \cdot (9.81\text{ m/s}^2) \cdot (0.35\text{ m})

E_a = 68.67\text{ J}

Resultado

E_a = 68.67\text{ J}

Datos

E_a = 68.67\text{ J}

\rho = 85.75\text{ J/cm}^2

\text{Lado de la sección cuadrada de la probeta: } b = 10\text{ mm} = 1\text{ cm}

Fórmulas

\text{La resiliencia se define como la energía absorbida por unidad de área de la sección de la probeta bajo la entalla:}

\rho = \frac{E_a}{S}

\text{El área de la sección bajo la entalla (S) para una probeta cuadrada de lado b y entalla de profundidad p es:}

S = b \cdot (b - p)

\text{Despejando S de la primera ecuación:}

S = \frac{E_a}{\rho}

\text{Sustituyendo S en la segunda ecuación y despejando p:}

\frac{E_a}{\rho} = b \cdot (b - p)

\frac{E_a}{\rho \cdot b} = b - p

p = b - \frac{E_a}{\rho \cdot b}

Sustitución

\text{Calculamos el área de la sección bajo la entalla:}

S = \frac{68.67\text{ J}}{85.75\text{ J/cm}^2}

S = 0.8008\text{ cm}^2

\text{Calculamos la profundidad de la entalla:}

p = 1\text{ cm} - \frac{0.8008\text{ cm}^2}{1\text{ cm}}

p = 1\text{ cm} - 0.8008\text{ cm}

p = 0.1992\text{ cm}

Resultado

p = 0.1992\text{ cm}

Explicación del ensayo de dureza Vickers:El ensayo de dureza Vickers es un método de caracterización de materiales que mide la resistencia de un material a la indentación permanente. Se realiza aplicando una carga estática controlada (F) sobre la superficie de una probeta, utilizando un penetrador de diamante con forma de pirámide recta de base cuadrada y un ángulo entre caras opuestas de $136^\circ$ . La carga se mantiene durante un tiempo determinado y luego se retira.Posteriormente, se mide con precisión la longitud de las dos diagonales (d1 y d2) de la huella cuadrada resultante en la superficie de la probeta, utilizando un microscopio óptico. La dureza Vickers (HV) se calcula dividiendo la carga aplicada por el área de la superficie de la huella. La fórmula de cálculo utiliza la media de las diagonales (d) para determinar el área de la huella, y se expresa como: $HV = 1{,}854 \cdot F / d^2$ , donde F se mide en kgf y d en mm.Esquema del ensayo de dureza Vickers:Un esquema representativo del ensayo de dureza Vickers ilustraría los siguientes componentes y el proceso:1. Penetrador: Un penetrador de diamante con geometría piramidal de base cuadrada y un ángulo interfacetas de $136^\circ$ en la parte superior.2. Carga aplicada: Una fuerza (F) que se aplica verticalmente a través del penetrador sobre la superficie de la probeta.3. Probeta: La muestra del material a ensayar, colocada sobre un soporte rígido.4. Huella de indentación: Una vez retirada la carga, se observaría una huella cuadrada en la superficie de la probeta. En esta huella se indicarían las dos diagonales (d) que son las que se miden para el cálculo de la dureza.5. Microscopio: Un microscopio óptico posicionado para medir con precisión las diagonales de la huella.