En ciencia de materiales , la prueba de impacto Charpy , también conocida como prueba Charpy de muesca en V , es una prueba estandarizada de alta tasa de deformación que determina la cantidad de energía absorbida por un material durante la fractura . La energía absorbida es una medida de la tenacidad a la entalla del material . Se utiliza mucho en la industria, ya que es fácil de preparar y realizar y los resultados se pueden obtener de forma rápida y económica. Una desventaja es que algunos resultados son sólo comparativos. [1] La prueba fue fundamental para comprender los problemas de fractura de los barcos durante la Segunda Guerra Mundial. [2] [3]
La prueba fue desarrollada alrededor de 1900 por SB Russell (1898, estadounidense) y Georges Charpy (1901, francés). [4] La prueba se conoció como prueba de Charpy a principios del siglo XX debido a las contribuciones técnicas y los esfuerzos de estandarización de Charpy.
En 1896, SB Russell introdujo la idea de la energía de fractura residual e ideó una prueba de fractura de péndulo. Las pruebas iniciales de Russell midieron muestras sin muescas. En 1897, Frémont introdujo una prueba para medir el mismo fenómeno utilizando una máquina accionada por un resorte. En 1901, Georges Charpy propuso un método estandarizado que mejoraba el de Russell mediante la introducción de un péndulo rediseñado y una muestra con muescas, dando especificaciones precisas. [5]
El aparato consta de un péndulo de masa y longitud conocidas que se deja caer desde una altura conocida para impactar una muestra de material con muescas . La energía transferida al material se puede inferir comparando la diferencia en la altura del martillo antes y después de la fractura (energía absorbida por el evento de fractura).
La muesca en la muestra afecta los resultados de la prueba de impacto, [6] por lo que es necesario que la muesca tenga dimensiones y geometría regulares. El tamaño de la muestra también puede afectar los resultados, ya que las dimensiones determinan si el material está o no en deformación plana . Esta diferencia puede afectar en gran medida las conclusiones extraídas. [7]
Los métodos estándar para pruebas de impacto de barras con muescas de materiales metálicos se pueden encontrar en ASTM E23, [8] ISO 148-1 [9] o EN 10045-1 (retirada y reemplazada por ISO 148-1), [10] donde todos los Los aspectos de la prueba y el equipo utilizado se describen en detalle.
El resultado cuantitativo del impacto prueba la energía necesaria para fracturar un material y puede usarse para medir la tenacidad del material. Existe una conexión con el límite elástico , pero no se puede expresar mediante una fórmula estándar. Además, la tasa de deformación puede estudiarse y analizarse para determinar su efecto sobre la fractura.
La temperatura de transición dúctil-frágil (DBTT) puede derivarse de la temperatura donde la energía necesaria para fracturar el material cambia drásticamente. Sin embargo, en la práctica no hay una transición brusca y es difícil obtener una temperatura de transición precisa (en realidad es una región de transición). Un DBTT exacto se puede derivar empíricamente de muchas maneras: una energía absorbida específica, un cambio en el aspecto de la fractura (por ejemplo, el 50 % del área es hendidura), etc. [1]
Los resultados cualitativos de la prueba de impacto se pueden utilizar para determinar la ductilidad de un material. [11] Si el material se rompe en un plano, la fractura fue frágil, y si el material se rompe con bordes dentados o labios cortantes, entonces la fractura fue dúctil. Por lo general, un material no se rompe de una forma u otra y, por lo tanto, al comparar las áreas de la superficie dentada con las planas de la fractura se obtendrá una estimación del porcentaje de fractura dúctil y frágil. [1]
Según ASTM A370, [12] el tamaño de muestra estándar para la prueba de impacto Charpy es 10 mm × 10 mm × 55 mm. Los tamaños de muestra de subtamaño son: 10 mm × 7,5 mm × 55 mm, 10 mm × 6,7 mm × 55 mm, 10 mm × 5 mm × 55 mm, 10 mm × 3,3 mm × 55 mm, 10 mm × 2,5 mm × 55 mm. Detalles de muestras según ASTM A370 (Método de prueba estándar y definiciones para pruebas mecánicas de productos de acero).
Según EN 10045-1 (retirada y reemplazada por ISO 148), [10] los tamaños de muestra estándar son 10 mm × 10 mm × 55 mm. Los especímenes de subtamaño son: 10 mm × 7,5 mm × 55 mm y 10 mm × 5 mm × 55 mm.
Según ISO 148, [9] los tamaños de muestra estándar son 10 mm × 10 mm × 55 mm. Los especímenes de subtamaño son: 10 mm × 7,5 mm × 55 mm, 10 mm × 5 mm × 55 mm y 10 mm × 2,5 mm × 55 mm.
Según el estándar MPIF 40, [13] el tamaño estándar de la muestra sin muescas es 10 mm (±0,125 mm) x 10 mm (±0,125 mm) x 55 mm (±2,5 mm).
La energía de impacto de los metales de baja resistencia que no muestran un cambio de modo de fractura con la temperatura, suele ser alta e insensible a la temperatura. Por estas razones, las pruebas de impacto no se utilizan ampliamente para evaluar la resistencia a la fractura de materiales de baja resistencia cuyos modos de fractura permanecen sin cambios con la temperatura. Las pruebas de impacto generalmente muestran una transición dúctil-frágil para materiales de alta resistencia que exhiben cambios en el modo de fractura con la temperatura, como los metales de transición cúbicos centrados en el cuerpo (BCC).
Generalmente, los materiales de alta resistencia tienen energías de impacto bajas, lo que atestigua el hecho de que las fracturas se inician y propagan fácilmente en materiales de alta resistencia. Las energías de impacto de materiales de alta resistencia distintos de los aceros o los metales de transición BCC suelen ser insensibles a la temperatura. Los aceros BCC de alta resistencia muestran una variación más amplia de energía de impacto que los metales de alta resistencia que no tienen una estructura BCC porque los aceros experimentan una transición microscópica dúctil-frágil. En cualquier caso, la energía máxima de impacto de los aceros de alta resistencia sigue siendo baja debido a su fragilidad. [14]
