T1: Materiales y fabricación · Ensayos mecánicos — TECNOLOGIA E INGENIERIA II PEvAU Andalucía 2024

Ensayos mecánicos

Problema

2024 · Extraordinaria · Suplente

En un ensayo Charpy el péndulo de $30 \text{ kg}$ de masa asciende $60 \text{ cm}$ después de golpear y romper una probeta. Dicha probeta es de sección cuadrada de $10 \text{ mm}$ de lado y tiene una entalla en forma de U de $2 \text{ mm}$ de profundidad. La resiliencia obtenida es $147,15 \text{ J/cm}^2$ .

a) Determinar la energía total absorbida por la probeta en el ensayo.b) Calcular la altura desde la que se dejó caer el péndulo.c) Explicar en qué consisten los tratamientos térmicos de temple y de revenido.

Ensayo CharpyResilienciaTratamientos térmicos

Determinación de la energía total absorbida por la probeta.Datos:

\rho = 147,15 \text{ J/cm}^2

Lado de la probeta = 10 \text{ mm}

Profundidad de la entalla = 2 \text{ mm}

Fórmulas:

S = \text{ancho} \times (\text{lado} - \text{profundidad de entalla})

E_{absorbida} = \rho \cdot S

Sustitución:1. Cálculo de la sección transversal bajo la entalla (área efectiva).

\text{Ancho} = 10 \text{ mm} = 1 \text{ cm}

\text{Altura efectiva} = 10 \text{ mm} - 2 \text{ mm} = 8 \text{ mm} = 0,8 \text{ cm}

S = 1 \text{ cm} \times 0,8 \text{ cm} = 0,8 \text{ cm}^2

2. Cálculo de la energía absorbida.

E_{absorbida} = 147,15 \text{ J/cm}^2 \times 0,8 \text{ cm}^2

Resultado:

E_{absorbida} = 117,72 \text{ J}

Cálculo de la altura desde la que se dejó caer el péndulo.Datos:

m = 30 \text{ kg}

h_f = 60 \text{ cm} = 0,6 \text{ m}

E_{absorbida} = 117,72 \text{ J (del apartado a)}

g = 9,81 \text{ m/s}^2

Fórmulas:

E_{absorbida} = m g (h_0 - h_f)

h_0 = \frac{E_{absorbida}}{m g} + h_f

Sustitución:1. Despeje y cálculo de $h_0$ .

h_0 = \frac{117,72 \text{ J}}{30 \text{ kg} \times 9,81 \text{ m/s}^2} + 0,6 \text{ m}

h_0 = \frac{117,72}{294,3} + 0,6 \text{ m}

h_0 = 0,4 \text{ m} + 0,6 \text{ m}

Resultado:

h_0 = 1,0 \text{ m}

Explicación de los tratamientos térmicos de temple y revenido.Temple:Proceso: Calentamiento del acero a una temperatura superior a la crítica ( $A_3$ o $A_{cm}$ ) seguido de un enfriamiento rápido (generalmente en agua, aceite o sales) para evitar la formación de perlita y bainita.Microestructura: Martensita, una solución sólida sobresaturada de carbono en hierro tetragonal de cuerpo centrado.Propiedades: Aumento significativo de la dureza, la resistencia y la fragilidad del material.Revenido:Proceso: Calentamiento del acero previamente templado a una temperatura inferior a la crítica ( $A_1$ ), mantenido durante un tiempo y seguido de un enfriamiento lento (generalmente en aire).Microestructura: Martensita revenida, que consiste en una matriz de ferrita con precipitados de carburos finos y distribuidos.Propiedades: Reducción de la dureza y la fragilidad, a la vez que se incrementa la tenacidad y la ductilidad del material templado, mejorando su comportamiento frente a impactos.