ASTM E23: Ensayo de impacto de metales

Introducción a la norma ASTM E23

ASTM E23 es una norma mundial desarrollada por ASTM International para medir la resistencia al impacto de metales y aleaciones. La norma de ensayo de impacto Charpy o Izod, ASTM E23, especifica los procedimientos, aparatos y tamaños de las probetas necesarios para determinar el comportamiento de un material en caso de carga repentina o situaciones de impacto.

Los ensayos de impacto cuantifican la tenacidad de un metal, o su capacidad para absorber energía y resistir la fractura bajo tensión de impacto. Se trata de una valiosa característica de los materiales que se utiliza para evaluar su comportamiento en condiciones reales como impactos, caídas u otros accidentes por deformación. El fallo de un metal quebradizo bajo impacto puede hacer que el metal sea inadecuado para aplicaciones estructurales, de automoción, aeroespaciales o de maquinaria pesada y, por lo tanto, convierte a la norma ASTM E23 en un aspecto vital de la caracterización de materiales.

Ventajas de la norma ASTM E23

La norma ASTM E23 posee varias ventajas que la han convertido en la norma de la metalurgia y la ingeniería:

1.Estandarización: La norma estipula con precisión los tamaños de las muestras, la geometría de las muescas y los procedimientos de ensayo, lo que permite la coherencia y la reproducibilidad de los resultados entre los laboratorios de todo el mundo.

2.Versatilidad: Se aplica ampliamente a una gran variedad de metales y aleaciones como aceros, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre y materiales para usos especiales.

3. 3. Selección de materiales: Los ensayos de tenacidad al impacto permiten a los ingenieros elegir el metal adecuado con el grado requerido de seguridad y rendimiento, especialmente en aplicaciones críticas para la seguridad como recipientes a presión, puentes y componentes de automóviles.

4. Fiabilidad y seguridad: Las pruebas de impacto eliminan el material frágil o de fractura súbita, evitando fallos en circunstancias catastróficas en servicio.

5. Datos de diseño y simulación: La energía absorbida medida sirve de entrada para el modelado computacional, así como para las simulaciones estructurales.

Ejemplo: Para el diseño de la estructura de soporte del puente, el ensayo ASTM E23 de las muestras de acero puede determinar si la aleación elegida posee la capacidad de resistir el impacto de una fuerza repentina procedente de fuerzas naturales, por ejemplo, la caída de material o accidentes automovilísticos, de modo que la estructura siga siendo segura durante condiciones adversas.

Procedimiento de la norma ASTM E23

La norma ASTM E23 prescribe un proceso paso a paso para obtener una medición precisa y reproducible de la tenacidad al impacto. Algunos de los pasos clave son

1. 1. Preparación de la probeta:

Las probetas típicas son barras rectangulares que tienen una muesca mecanizada, normalmente en forma de V o de U.

Las dimensiones, la profundidad de la muesca y la alineación se controlan con precisión para reducir la variabilidad.

2. Aparato de ensayo:

La probeta se coloca en un péndulo de impacto, un aparato que golpea la probeta con una masa conocida a una velocidad conocida.

El péndulo se suelta desde una altura conocida, impartiendo energía al espécimen cuando golpea.

3. Realización del ensayo de impacto

El péndulo golpea la probeta en la muesca y ésta se rompe.

Se mide la energía absorbida por la probeta, normalmente en pies-libra (ft-lb) o julios (J).

4. Interpretación de los datos:

La energía absorbida es una medida de la tenacidad del material. Una mayor absorción de energía indica la ductilidad del metal y su capacidad para resistir la fractura frágil, y una menor energía indica fragilidad.

Por lo general, se examinan las superficies de fractura para determinar si se trata de un fallo dúctil o frágil.

5.Resultados de los informes:

ASTM E23 es una norma que estipula cómo se deben comunicar la temperatura de ensayo, la energía absorbida, el tipo de entalla y el tamaño de la probeta, lo que convierte la comunicación de resultados en una magnífica herramienta de comunicación.

Ejemplo: Las aleaciones de acero utilizadas en plataformas marinas se someten a ensayos a temperaturas bajo cero de acuerdo con la norma ASTM E23. Proporciona la temperatura de transición de dúctil a quebradizo, que es vital para garantizar la seguridad en aguas oceánicas frías.

Aplicaciones de la norma ASTM E23 en metales y aleaciones

La norma ASTM E23 se utiliza en muchos sectores para validar el comportamiento de los materiales bajo cargas de impacto:

-Construcción: Los aceros estructurales se someten a ensayos de tenacidad para soportar cargas de impacto debidas a golpes accidentales o a la caída de objetos.

-Automoción: Los componentes del motor, las unidades del chasis y las estructuras de choque se someten a pruebas de impacto en un intento de mejorar la resistencia a los choques y la seguridad de los ocupantes.

-Aeroespacial: Las aleaciones para aeronaves se someten a pruebas de resistencia a bajas temperaturas para soportar las duras condiciones de funcionamiento.

-Petróleo y gas: los ensayos de aceros para tuberías y recipientes a presión evitan la rotura por fragilidad en servicios de alta presión.

-Control de calidad: Los fabricantes aplican la norma ASTM E23 para comprobar la consistencia de los lotes y confirmar que los materiales cumplen las especificaciones antes de su envío.

Ejemplo de datos: Una probeta de acero 4140 ensayada a -20°C puede absorber 25 J de energía y mostrar propiedades dúctiles para su aplicación estructural en climas fríos, mientras que una aleación de acero 4340 sólo absorbe 10 J en las mismas condiciones de ensayo, lo que muestra un mayor riesgo de fractura frágil.

Diferentes tipos de técnicas de ensayo de impacto

La norma ASTM E23 ofrece diferentes técnicas para adaptarse a diferentes requisitos de evaluación:

1. Ensayo de impacto Charpy:

Método más común, con barra apoyada horizontalmente con una muesca en la dirección del péndulo.

Prueba la energía absorbida durante la rotura, proporcionando una medida directa de la tenacidad.

2.Ensayo de impacto Izod:

La probeta se apoya verticalmente y el péndulo golpea un extremo.

Se utiliza menos con metales, pero puede aplicarse a plásticos y aleaciones de polímeros y metales.

3. Ensayo de temperatura específica:

Las probetas se preacondicionan a temperaturas variables, generalmente por debajo del punto de congelación, para encontrar la temperatura de transición dúctil-frágil (DBTT).

Necesaria para el uso de materiales a temperaturas árticas o criogénicas.

4. Ensayo de péndulo instrumentado:

Se utilizan equipos avanzados para medir la fuerza en función del tiempo tras el impacto, y se obtienen datos más cuantitativos de la mecánica de la fractura, por ejemplo, energía de iniciación, energía de propagación.

Conclusión

ASTM E23 es un método estándar reproducible para probar la resistencia al impacto de metales y aleaciones. Aprenda cómo los metales retienen la energía en cargas imprevistas, y los fabricantes e ingenieros podrán seleccionar los materiales que no fallarán de forma frágil, ofrecerán la máxima seguridad y maximizarán de la forma más eficiente la vida útil del producto. Desde la aplicación en el sector del automóvil y la construcción hasta el aeroespacial y las líneas de petróleo y gas, la norma ASTM E23 sigue siendo una herramienta importante a la hora de suministrar materiales con altos niveles de rendimiento a los que ajustarse. Mediante la combinación de procedimientos precisos, informes cuidadosos y técnicas experimentadas, la norma ASTM E23 sigue educando a los ingenieros en el diseño de componentes metálicos más seguros y duraderos.