ENSAYO DE TENACIDAD A

FRACTURA

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NDCE

1. OBJETIVOS --------------------------------------------------------- Error! Marcador no definido.

2. INTRODUCCIN -------------------------------------------------- Error! Marcador no definido.

3. CARACTERIZACIN DE LA PROBETA ------------------------------------------------------------- 2

3.1. Tipo y dimensiones -------------------------------------------------------------------------- 2

3.2. Material ---------------------------------------------------------------------------------------- 4

4. ENSAYO A FATIGA ----------------------------------------------- Error! Marcador no definido.

5.ENSAYO A TRACCIN --------------------------------------------------------------------------------- 7

6. CLCULO DE --------------------------------------------------------------------------------------- 9

7. CUMPLIMIENTO DE LA NORMA ----------------------------------------------------------------- 10

8.CONCLUSIONES -------------------------------------------------------------------------------------- 10

9. HOJA RESUMEN ------------------------------------------------------------------------------------- 11

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1. OBJETIVOS La finalidad de la prctica realizada en laboratorio es la determinacin experimental de la tenacidad de fractura de una aleacin determinada segn el rigor de la norma UNE-EN ISO 12737 que regula todos los parmetros en los que ha de realizarse el ensayo.

2. INTRODUCCIN La prctica consiste bsicamente en la rotura de una probeta normalizada mediante un ensayo de traccin y obtener valores de caractersticas del material a partir de los resultados, al tratar de medir tenacidad de fractura esta rotura ha de ser frgil por propagacin de una grieta, por lo tanto previa realizacin del experimento en s se habr de generar esa grieta. Es por lo tanto diferente que la tenacidad, ya que esta ltima mide el comportamiento de absorcin de energa antes de romperse, no el comportamiento frente a la propagacin de un defecto, que es el caso de inters en este estudio. Este fenmeno de propagacin es debido a que en el frente de grieta se alcanza un factor de intensidad de tensiones mximo que puede tolerar.

3. CARACTERIZACIN DE LA PROBETA

TIPO Y DIMENSIONES (Y CONSECUENCIAS) Al haber distintos ensayos, por lo tanto distintas probetas con las cuales se realizan, se especifica que para este ensayo se utiliza el tipo probeta compacta C(T) para carga de traccin, que se ilustra a continuacin. Se puede apreciar un mecanizado de una entalla, pero como se ver no es vlido como grieta, ya que no se producir un factor de intensidad de tensiones alto que propague el frente de grieta de modo frgil, sirviendo nicamente como punto de concentracin de esas tensiones en fatiga para crear la grieta (final en forma de V). Adems la forma de V ayuda a concentrar las tensiones justo en el punto inferior de esa V, donde intersecan las rectas.

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Siendo:

a=tamao de la grieta provocada por fatiga B=espesor de la probeta W=ancho de la probeta Las medidas nominales de la probeta usada son: -W=50 mm -B=25 mm Las desviaciones respecto a los valores nominales son despreciables, que pueden determinarse con las medidas realizadas en la probeta real: -W=50 mm -B=25,1 mm -a=B10% Las dimensiones en el plano que contiene las medidas de ancho y alto son obvias ya que si no, no quedara definida la pieza; pero igual de importante es en este caso el espesor ya que las tensiones que se acumulan en el frente de grieta son funcin del valor de ese parmetro, ya que se define como una fuerza entre una unidad dimensional. Este espesor debe elegirse de forma que cumpla la norma que regula el ensayo, en caso contrario no se podra considerar satisfactorio, ste viene determinado por:

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El espesor inicial de la probeta ser de del ancho. De no ser aceptado por la norma, habr que variarlo hasta que lo cumpla. La orientacin de la probeta es un factor determinante del ensayo ya que la KIC depende de la orientacin de propagacin y orientacin del material. En este caso, se ha elegido que la direccin de laminacin (deformado plstico) sea la misma que la normal al plano de rotura de la probeta. As la direccin de propagacin que se prev ser perpendicular a esta normal, siendo por lo tanto de orientacin L-T, segn la norma:

MATERIAL El material empleado es una aleacin de aluminio de alta resistencia zinc-magnesio con tratamiento trmico de maduracin artificial con relajacin de tensiones, denominado segn la norma como EN AW-7075 T651.

4. ENSAYO A FATIGA Como se ha citado en la introduccin es preciso crear una grieta sin deformacin plstica en el extremo de forma que cumpla con la normativa, para hacerla se procede, por imposibilidad tcnica de utilizar medios como el mecanizado debido a la falta de tolerancia de la operacin, a la creacin del mismo por medio de fatiga, aplicando una carga variable con el tiempo, en el caso del ensayo realizado, funcin de la trigonomtrica seno; adems para reducir los tiempos de nucleacin y propagacin se aplica una carga esttica de traccin, facilitando la fatiga, de 5,9 KN.

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Los valores mximos y mnimos de la carga cclica son en modulo 5,5KN a una frecuencia de 10 Hz; por lo que por el teorema de superposicin es trivial la obtencin de los valores max y min del ensayo de fatiga:

- =0,4 KN - =11,4 KN

Estas cargas estn aplicadas por la misma mquina que realiza la traccin sobre los puntos de apoyo de la probeta, que se programa para que implemente estos esfuerzos. Es obvio que no se puede cargar con el factor de intensidad de tensiones que queramos, ya que en exceso podra producir la rotura de la pieza antes de ensayarla a traccin, y una carga escasa podra provocar una deformacin plstica apreciable en el frente de grieta, aumentando la energa que absorbe la probeta e invalidando la prueba ya que no romper frgil. Esto queda recogido en la norma:

El factor de intensidad de tensin mximo durante la prefisurizacin por fatiga

no debe exceder del 80% de , valor determinado en el ensayo subsiguiente, siempre

que este ltimo sea cualificado como resultado vlido de KIC En la etapa final de la prefisurizacin por fatiga (2.5% de la longitud de a), el

valor de intensidad de tensin mximo no debe superar el 60% de (que se cumpla

esta segunda condicin implica que se cumple la primera, ya que el Kmax que aparece al final ser mayor que el Kmax que aparecera al principio)

Para seguir la evolucin del avance de la grieta creado se acopla al conjunto un

extensmetro que registra la apertura de la probeta. Esa evolucin queda reflejada en la grfica apretura-ciclos, obtenida a partir de los datos tomados durante el ensayo:

CICLOS 2100 2500 3500 4500

APERTURA MEDIA(mm)

0,005 0,006 0,009 0013

IMPORTANTE: la falta de datos en la tabla es debida a que a partir del nmero de ciclos del orden de 4500 las lecturas del extensmetro eran defectuosas, indicando aperturas que claramente eran errneas decidindose dejar de tomar datos y parar el ensayo de fatiga cuando el numero de ciclos alcanzase 10700. Tambin la presencia de ruidos extraos en la maquina debido a vibraciones alteraba la lectura de dicho instrumento, por lo que no se puede obtener la velocidad de crecimiento de la grieta como el cociente entre el incremento en y respecto en x en la grafica que podra pintarse con ms datos ms fiables.

Condicin necesaria para poder dar por bueno el ensayo es que la grieta

generada cumple las condiciones especificadas por la norma, es decir a ha de estar comprendido entre [0.45W-0.55W]. Una desviacin excesiva respecto a este rango de valores es inaceptable, ya que una grieta excesiva dara al finalizar un comportamiento con tenacidad de fractura disminuido; y una escasa implementara un valor KIC mayor.

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Por otra parte, se deber comprobar que la propagacin de la grieta ha sido

uniforme, es decir, que se haya propagado de modo aproximadamente recto (que no se haya curvado en exceso) con un frente lo mas plano posible, ya que un frente curvo metera desviaciones respecto al comportamiento real. Para ello, la norma impone las siguientes condiciones a las cinco medidas realizadas:

Cada uno de los valores a1, a2 y a3 no debe diferir en ms del 10 % de la

media obtenida a Cada uno de los valores a4 y a5 no debe diferir en ms del 15 % de la media

obtenida a La diferencia entre a4 y a5 no debe ser mayor del 10 %

La ltima condicin referente a la grieta que impone la norma es que el plano

que la contiene puedes desviarse siempre que sea menos del 10 respecto del plano medio de la probeta. Esto es necesario, ya que de no ser as la tensin en el eje longitudinal se descompondra tambin en componentes del plano transversal en funcin del ngulo, variando el resultado obtenido.

Sin embargo a las alturas del proceso es imposible la medida de los parmetros

citados ya que al no estar rota la pieza su integridad impide la medida por lo que se realizara el ensayo y se descartara si no se cumple. Se determina empricamente midiendo con un pie de rey, marcando previamente las lneas con una punta de trazar, y con los resultados medidos se corrobora la validez o no del ensayo.

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5. ENSAYO A TRACCIN Con la grieta existente se procede a aplicar una carga que aumenta de forma lineal con el tiempo. Esta evolucin queda recogida en la grfica fuerza-apertura, el registro de ambas magnitudes se realiza mediante un dinammetro interno inherente a la mquina traccionadora y un extensmetro hmico:

De esta grfica se puede obtener la Fq (valor mximo de la curva registrado a la izquierda de F5%). Este F5% es el punto de corte de la curva con la recta de pendiente 5% menor de la obtenida. Para ello se necesita el valor de la pendiente, definida como:

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Por lo tanto el valor de la pendiente de la recta -5%= -( *0,05)=3,8 .

Tambin se puede determinar el valor de Fmax que correspondera al valor de F en el punto de mayor coordenada y Fq ~ 18 kN Fmax ~ 19 kN Es interesante citar que la norma estipula que en la representacin grfica de la curva fuerza-desplazamiento obtenido en el ensayo de traccin, la pendiente ha de estar comprendida entre unos valores, eso se realiza con el objetivo de que la lectura pueda realizarse de manera cmoda, ya que de no ser as sera imposible la obtencin de ningn dato(ver que la orden de magnitud en el eje de ordenadas es de 10^3; mientras que en el de abscisas es de 10^-3), esto se hace simplemente variando la escala en los ejes. Otro parmetro que tiene en cuenta la norma es que la diferencia entre la carga mxima a traccin y el Fq ha de estar limitada, ya que en caso contrario no se podra asegurar que se ha roto por la propagacin de la grieta generada, sino por una carga lo suficientemente alta que descohesion el material, siendo invlida la prueba.

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6. CLCULO DE Con los valores que se han medido en el laboratorio se es capaz de calcular el valor funcin de "B, W, y a mediante las ecuaciones:

NOTA: a, B y W se expresan en cm y FQ en kN Sabiendo que los datos obtenidos son:

a1=22,4 mm

a2=22,2 mm

a3=22,4 mm

a4=21,9 mm

a5=21,8 mm

a=media=22,14 mm

B=25,1 mm

W=50 mm

v=0,4 kN/s

Y por el hecho de tratarse de esa aleacin:

Rp0,2=552 MPa El valor de es inmediato sustituyendo los valores:

= 25,835

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7. CUMPLIMIENTO DE LA NORMA Claramente la grieta es demasiado pequea ya que por el error en la medida de la apertura de la probeta que se produjo en el ensayo de fatiga se tuvo que parar estimndolo por el nmero de ciclos, medida ms imprecisa. Lo cual descartara la prueba, aunque cumpla dems condiciones como:

a1, a2, a3 en el rango del 10% de a

ai i=1,2,3 [22,142,214]

a4 y a5 dentro del margen del 15% de a

ai i=4,5 [22,143,321]

diferencia entre a4 y a5 en el rango del 10%

Abs(a4-a5)=0,1

Superficie de rotura obtenida casi plana

Velocidad de carga comprendida entre

0,5-3

Cumplindose adems, por supuesto, todos los parmetros ajenos a la prctica como las dimensiones de la probeta, la orientacin de grano, maquinaria utilizada, forma de cargar la probeta, procedimiento de sumisin a fatiga de la pieza, etc.

8. CONCLUSIONES A pesar de que no se ha podido dar por vlida la prueba, los clculos se han realizado usando los parmetros obtenidos, por lo que no sern del todo correcto los resultados obtenidos, para obtener un resultado ms certero habra que repetirla y asegurarse de que se cumple todo lo especificado por la norma.

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9. HOJA RESUMEN

a1 (cm) 2,24

a2 (cm) 2,22

a3 (cm) 2,24

a4 (cm) 2,19

a5 (cm) 2,18

a (cm) 2,214

B (cm) 2,51

W (cm) 5

Rp0.2 (Mpa) 552

FMAX osc (kN) 11,4

FMIN osc (kN) 0,4

FMAX traccin (kN) 19

FQ (kN) 18

KQ (MPam) 25835,7518

Pendiente