En la ciencia de los materiales , la prueba de impacto Charpy , también conocida como prueba de entalla en V Charpy , es una prueba estandarizada de alta velocidad de deformación que determina la cantidad de energía absorbida por un material durante la fractura . La energía absorbida es una medida de la tenacidad de entalla del material . Se utiliza ampliamente 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 solo 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 Charpy a principios de 1900 debido a las contribuciones técnicas y los esfuerzos de estandarización de Charpy.
En 1896, SB Russell introdujo la idea de la energía residual de fractura e ideó una prueba de fractura de péndulo. Las pruebas iniciales de Russell medían muestras sin entalla. En 1897, Frémont introdujo una prueba para medir el mismo fenómeno utilizando una máquina accionada por resorte. En 1901, Georges Charpy propuso un método estandarizado que mejoraba el de Russell introduciendo un péndulo rediseñado y una muestra con entalla, proporcionando especificaciones precisas. [5]
El aparato consiste en un péndulo de masa y longitud conocidas que se deja caer desde una altura conocida para impactar una muestra de material entallada . La energía transferida al material se puede inferir comparando la diferencia de altura del martillo antes y después de la fractura (energía absorbida por el evento de fractura).
La entalla en la muestra afecta los resultados del ensayo de impacto, [6] por lo que es necesario que la entalla tenga dimensiones y geometría regulares. El tamaño de la muestra también puede afectar los resultados, ya que las dimensiones determinan si el material se encuentra 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 entalladas 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 se describen en detalle todos los aspectos de la prueba y el equipo utilizado.
El resultado cuantitativo de las pruebas de impacto mide la energía necesaria para fracturar un material y se puede utilizar para medir la tenacidad del material. Existe una conexión con la resistencia a la fluencia , pero no se puede expresar mediante una fórmula estándar. Además, se puede estudiar y analizar la velocidad de deformación para determinar su efecto sobre la fractura.
La temperatura de transición dúctil-frágil (DBTT) puede derivarse de la temperatura en la que la energía necesaria para fracturar el material cambia drásticamente. Sin embargo, en la práctica no hay una transición nítida y es difícil obtener una temperatura de transición precisa (en realidad, se trata de una región de transición). Una DBTT exacta puede derivarse empíricamente de muchas maneras: una energía absorbida específica, un cambio en el aspecto de la fractura (por ejemplo, el 50 % del área es clivaje), 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 una superficie plana, la fractura es frágil, y si el material se rompe con bordes dentados o labios cortantes, entonces la fractura es dúctil. Por lo general, un material no se rompe de una manera u otra, por lo que comparar las áreas de superficie dentadas con las planas de la fractura dará una estimación del porcentaje de fractura dúctil y frágil. [1]
Según ASTM A370, [12] el tamaño estándar de la muestra para la prueba de impacto Charpy es de 10 mm × 10 mm × 55 mm. Los tamaños de muestra de tamaño inferior 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 las muestras según ASTM A370 (Método de prueba estándar y definiciones para pruebas mecánicas de productos de acero).
Según la norma EN 10045-1 (retirada y reemplazada por la norma ISO 148), [10] los tamaños de muestra estándar son 10 mm × 10 mm × 55 mm. Las muestras de tamaño inferior son: 10 mm × 7,5 mm × 55 mm y 10 mm × 5 mm × 55 mm.
Según la norma ISO 148, [9] los tamaños de muestra estándar son 10 mm × 10 mm × 55 mm. Las muestras de tamaño inferior son: 10 mm × 7,5 mm × 55 mm, 10 mm × 5 mm × 55 mm y 10 mm × 2,5 mm × 55 mm.
Según la norma MPIF 40, [13] el tamaño estándar de muestra sin entalla es de 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 en el modo de fractura con la temperatura, es generalmente 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 inalterados con la temperatura. Las pruebas de impacto generalmente muestran una transición dúctil-frágil para materiales de alta resistencia que sí muestran un cambio en el modo de fractura con la temperatura, como los metales de transición cúbicos centrados en el cuerpo (BCC). Las pruebas de impacto en materiales naturales (que pueden considerarse de baja resistencia), como la madera, se utilizan para estudiar la tenacidad del material y están sujetas a una serie de cuestiones que incluyen la interacción entre el péndulo y una muestra, así como modos más altos de vibración y contactos múltiples entre la punta del péndulo y la muestra. [14] [15] [16]
En general, los materiales de alta resistencia tienen energías de impacto bajas, lo que demuestra que las fracturas se inician y propagan fácilmente en materiales de alta resistencia. Las energías de impacto de los materiales de alta resistencia que no sean aceros o 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 dúctil-frágil microscópica. Independientemente de ello, la energía de impacto máxima de los aceros de alta resistencia sigue siendo baja debido a su fragilidad. [17]
