ASTM E23: Ensayo de flexión por impacto en metal, Charpy & Izod
La norma ASTM E23 describe los ensayos de impacto con probetas con entalla en materiales metálicos e incluye los ensayos Charpy e Izod en probetas con entalla. En la práctica, la dispersión suele deberse a la preparación de las probetas, la calidad de la entalla, el control de la temperatura, el posicionamiento de la probeta, la selección del péndulo y la verificación de la configuración de ensayo. ZwickRoell ayuda a los laboratorios a controlar estas variables de influencia mediante equipos de ensayo adecuados, ayudas de colocación, soluciones de acondicionamiento térmico, el software de ensayo testXpert y la automatización.
Puede encontrar una descripción más detallada del ensayo de flexión por impacto en metales en la norma ISO 148-1.
Fuentes de error frecuentes Realización del ensayo Opciones de automatización Preguntas frecuentes sobre la norma Solicite asesoramiento
ASTM E23: los puntos clave
- La norma ASTM E23 se utiliza para ensayos de impacto con probetas entalladas en materiales metálicos y, a diferencia de ISO 148, incluye tanto ensayos Charpy como Izod.
- El ensayo es sensible a la geometría de la probeta, la profundidad y posición de la entalla, la calidad de la superficie y la falta de homogeneidad del material. Incluso pequeñas desviaciones pueden modificar la energía de impacto medida.
- En los ensayos a temperatura controlada, el tiempo transcurrido entre la extracción de la probeta del sistema de acondicionamiento térmico y el ensayo de impacto determina la fiabilidad de los resultados.
- Los resultados del ensayo Charpy e Izod no son directamente comparables, ya que la probeta se somete a cargas diferentes.
- La norma ASTM E23 incluye requisitos para la verificación directa e indirecta del péndulo de impacto.
- ZwickRoell reduce las influencias habituales del operador mediante péndulos de impacto adecuados, ayudas de colocación, procesos a temperatura controlada, programas de ensayo testXpert y automatización para ensayos Charpy.
La norma ASTM E23 en la práctica: Fuentes de error habituales y cómo influyen en los resultados del ensayo
En el ensayo de flexión por impacto, a primera vista la secuencia de ensayo parece sencilla: Colocar la probeta, liberar el péndulo, determinar la energía de impacto. Sin embargo, en la práctica, la comparabilidad de los resultados depende de muchos detalles. Son especialmente críticas todas las etapas que tienen un efecto en la entalla, la temperatura de la probeta, la posición en el centro de impacto o la pérdida de energía del péndulo.
Las causas habituales de dispersión son:
- Dimensiones de probeta no conformes a la norma:Las probetas Charpy normalizadas tienen unas dimensiones de 10 × 10 × 55 mm. Las desviaciones de longitud, anchura, altura o sección residual modifican la carga de flexión y dificultan la comparación con valores de referencia o con otros laboratorios.
- Geometría de entalla defectuosa: La profundidad, el radio y la forma de la entalla influyen en la concentración local de tensiones. Una profundidad de entalla insuficiente puede dar lugar a valores de energía de impacto más elevados y una entalla demasiado profunda, a valores más bajos.
- Posición incorrecta de la entalla:En las probetas Charpy, la entalla está situada en el centro; en las probetas Izod, está descentrada. Si la entalla se posiciona incorrectamente o una probeta Charpy se trata como una probeta Izod, el resultado no es fiable.
- Confusión entre entallas en V y U: Las diferentes formas de entalla no deben compararse directamente entre sí. La geometría de la entalla determina el comportamiento a la fractura y debe ser adecuada para el método y la evaluación seleccionados.
- Calidad deficiente de la entalla o de la superficie: Las estrías, rebabas o superficies dañadas pueden influir en la propagación de la grieta. Además, las probetas rugosas o dañadas pueden someter los yunques a mayores cargas e influir en las mediciones posteriores.
- Posicionamiento descentrado en Charpy: La probeta debe colocarse de forma que el martillo del péndulo impacte en el lado opuesto a la entalla. Si la probeta no está centrada, la carga se desplaza y la energía de impacto medida puede desviarse considerablemente.
- Sujeción inadecuada en Izod: En Izod, la probeta se sujeta por un solo extremo. Las diferentes fuerzas de sujeción o una sujeción no reproducible modifican las condiciones de contorno y, por tanto, el comportamiento a la fractura.
- Control insuficiente de la temperatura: A bajas temperaturas, muchos metales se vuelven más frágiles. Si la probeta no está acondicionada térmicamente en toda su sección, el resultado puede no reflejar de forma fiable la temperatura real de ensayo.
- Tiempo excesivo entre la extracción y el impacto: Cuando existen grandes diferencias de temperatura con respecto al ambiente, solo se dispone de una ventana de tiempo muy reducida hasta el ensayo. Cualquier retraso aumenta el riesgo de que la probeta ya no se encuentre a la temperatura prevista.
- Pinzas no acondicionadas a la misma temperatura:Si una probeta refrigerada se sujeta con unas pinzas calientes, puede producirse un aporte local de calor. Esto resulta especialmente crítico en ensayos próximos a la temperatura de transición entre el comportamiento dúctil y frágil.
- Selección incorrecta del péndulo: La norma ASTM E23 establece un límite superior del 80 % de la capacidad del péndulo y, adicionalmente, un límite inferior que depende de la resolución de medición (25 veces la resolución máxima del equipo; con una resolución de nuestra indicación digital de 0,1 J, esto corresponde a un límite inferior de 2,5 julios). Un rango de medición inadecuado puede afectar a la precisión y fiabilidad de los resultados.
- Configuración de ensayo insuficientemente verificada: La norma ASTM E23 incluye la verificación directa e indirecta. La distancia entre apoyos, los radios, la cuchilla, las probetas de referencia y el comportamiento del equipo deben comprobarse de forma trazable; de lo contrario, las desviaciones sistemáticas pueden pasar inadvertidas.
- Desgaste o residuos en los yunques: Los yunques desgastados, las esquirlas o la abrasión pueden modificar las condiciones de apoyo. Esto tiene especial repercusión en los ensayos en serie si los residuos no se eliminan a tiempo.
¿Desea realizar sus ensayos según la norma ASTM E23 de forma más reproducible o garantizar la fiabilidad de un sistema de ensayos existente?
Su experto local de ZwickRoell le ayudará a seleccionar el péndulo de impacto, el bloque de impacto, el martillo del péndulo, el sistema de acondicionamiento térmico, el software y el grado de automatización más adecuados en función del material, los requisitos de la norma y el volumen de probetas.
Realización del ensayo de impacto con probetas entalladas según la norma ASTM E23 con ZwickRoell
Etapas críticas y soluciones de ZwickRoell en detalle:
Control de la temperatura Posicionamiento de la probeta Selección del péndulo de impacto Selección del martillo del péndulo Selección del bloque de impacto y el yunque Verificación Pérdidas de energía Opciones de automatización
Así es cómo se realiza el ensayo:
En el ensayo de impacto con probetas entalladas según la norma ASTM E23, una probeta entallada de metal se somete al impacto brusco con el martillo de un péndulo. La norma incluye ensayos Charpy e Izod.
- En el método Charpy, la probeta se coloca sobre dos apoyos; el impacto se produce en el lado opuesto a la entalla.
- En el método Izod, la probeta se sujeta por un solo extremo y se golpea de canto.
Antes del ensayo se determinan las dimensiones de la probeta, la geometría de la entalla, la temperatura y el martillo de péndulo adecuado. Una vez liberado, el péndulo golpea o rompe la probeta. La energía de impacto consumida en julios se determina a partir de la diferencia entre la altura inicial y la altura de ascenso. Además, puede evaluarse el carácter de la fractura, por ejemplo, la proporción de fractura frágil.
Para evaluar los materiales en función de la temperatura, las probetas se ensayan a temperatura ambiente, a temperaturas inferiores o elevadas con el fin de evaluar el comportamiento de transición entre fractura dúctil y frágil.
Control de la temperatura: Unos pocos segundos pueden influir decisivamente en la comparabilidad
Muchos materiales metálicos modifican su comportamiento a la fractura con la temperatura. A bajas temperaturas tienden a presentar una fractura más frágil y, a temperatura ambiente o a temperaturas superiores, una fractura más dúctil. Por ello, el ensayo según ASTM E23 se utiliza frecuentemente para evaluar las temperaturas de transición o la proporción de fractura frágil.
El tiempo que transcurre entre la extracción de la probeta del sistema de acondicionamiento térmico y el ensayo de impacto es especialmente crítico. Si la probeta se coloca muy lentamente o se calienta durante la manipulación, el resultado no reflejará de forma fiable la temperatura de ensayo prevista.
Para los ensayos manuales, ZwickRoell ofrece pinzas de colocación refrigeradas conjuntamente para evitar un aporte de calor no deseado al sujetar la probeta. Además, el sistema de acondicionamiento térmico se coloca cerca del péndulo de impacto, lo que permite una secuencia rápida.
Las pinzas de colocación sujetan la probeta por la entalla y, gracias a su función de centrado, permiten un posicionamiento rápido y preciso en el bloque de impacto. En los ensayos Charpy automatizados, el sistema de alimentación garantiza el cumplimiento de la ventana de tiempo entre la salida del sistema de acondicionamiento térmico y el ensayo de impacto. Esto reduce la influencia del operador y aumenta la reproducibilidad, especialmente en ensayos a temperatura.
Posicionamiento de la probeta: Los pequeños errores de posición modifican la carga de impacto
En el ensayo Charpy, la probeta debe posicionarse exactamente de modo que el péndulo impacte en el lado opuesto a la entalla. Incluso un desplazamiento lateral provoca que la entalla, la línea de impacto y los yunques dejen de actuar conjuntamente de forma óptima.
En los ensayos manuales, la repetibilidad depende en gran medida de la experiencia, la manipulación y la velocidad de colocación del operador. Esto es especialmente importante en probetas refrigeradas, cuando además debe cumplirse el tiempo especificado.
Los soportes de inserción, como pinzas con un alojamiento adecuado para la entalla, topes o ayudas de posicionamiento, permiten posicionar la probeta centrada. En los sistemas Charpy automatizados, la alimentación de probetas se realiza de forma reproducible. De este modo, no solo se controla el tiempo entre el acondicionamiento térmico y el impacto, sino que también se estandariza la posición de la probeta en la configuración de ensayo.
Péndulos de impacto de ZwickRoell para ASTM E23
Para los ensayos según ASTM E23 se utilizan diferentes péndulos de impacto de la serie HIT en función de la energía necesaria, el método de ensayo, el volumen de probetas y el grado de automatización. No solamente es decisiva la energía potencial máxima del péndulo, sino la configuración completa del ensayo, formada por el martillo del péndulo, el bloque de impacto, los yunques, la cuchilla, la carcasa protectora, el software y la automatización opcional.
HIT50P: solución compacta para energías de impacto bajas según ASTM E23
Para ensayos Charpy según ASTM E23 con una baja absorción de energía, el HIT50P puede ser una solución compacta y económica. Esto resulta especialmente relevante para laboratorios que realizan ensayos según ASTM E23, pero no necesitan energías de impacto elevadas o disponen de un espacio limitado para un péndulo de impacto de grandes dimensiones.El HIT50P resulta especialmente adecuado cuando los valores de energía previstos se encuentran dentro del rango de medición permitido. Con un péndulo de 50 J, el límite superior del 80 % de la capacidad del péndulo establecido por ASTM E23 permite realizar ensayos de hasta 40 J. Por ello, el HIT50P resulta especialmente interesante para metales más frágiles o aplicaciones con una menor absorción de energía.
HIT300P / HIT450P: flexibilidad para Charpy e Izod
El HIT300P/HIT450P está diseñado para ensayos de impacto en probetas metálicas y es adecuado para ensayos Charpy e Izod según ASTM E23.
En los ensayos Charpy, el centrado semiautomático de la probeta facilita su alineación precisa respecto a la entalla. La probeta se posiciona de forma reproducible; al liberar el péndulo, el dispositivo de centrado se retira automáticamente de la zona de ensayo. De este modo, se evita que la probeta se desplace al cerrar la puerta de protección o que no quede situada exactamente respecto a la línea de impacto.Para laboratorios con diferentes aplicaciones de ensayo, el bloque de impacto universal ofrece una solución flexible, ya que permite realizar ensayos Charpy e Izod. Si se realizan exclusiva o principalmente ensayos Charpy, puede resultar conveniente utilizar un bloque de impacto Charpy específico, especialmente cuando el volumen de probetas es elevado.
HIT750P: altas energías de impacto para ensayos Charpy
El HIT750P está diseñado para ensayos de flexión por impacto con probetas metálicas Charpy con elevados requisitos de energía. Con una capacidad nominal de trabajo de 750 J, una altura de caída de 1.500 mm y una velocidad de impacto de 5,42 m/s, el HIT750P permite realizar aplicaciones de ensayo exigentes. Los martillos de péndulo disponibles de 300 J, 450 J, 600 J y 750 J permiten adaptarse a diferentes materiales y niveles de absorción de energía previstos.En la práctica, el HIT750P resulta especialmente relevante cuando deben ensayarse de forma fiable materiales más dúctiles o energías de impacto elevadas. La elevación automática del péndulo, la liberación electromagnética del péndulo, la alimentación rápida de probetas acondicionadas térmicamente y la indicación electrónica y analógica de los resultados permiten obtener una secuencia de ensayo estable y trazable.
Otra ventaja es la consideración de la resistencia del aire y la fricción de los cojinetes mediante software. De este modo, las pérdidas de energía debidas a la probeta quedan excluidas de la evaluación de los resultados. Así se reducen las desviaciones sistemáticas y se mejora la comparabilidad de los valores medidos.
Martillo del péndulo y rango de medición: La energía debe ser adecuada para el material
ASTM E23 describe un rango de trabajo admisible del péndulo. El límite superior corresponde al 80 % de la capacidad del péndulo. Además, a diferencia de ISO 148, existe un límite inferior que depende de la resolución máxima del equipo. Por ello, el martillo del péndulo no solo debe tener las dimensiones adecuadas, sino que también debe seleccionarse de acuerdo con el consumo de energía previsto.
Para materiales más frágiles puede ser suficiente un péndulo más pequeño. Para materiales más dúctiles se necesita una mayor energía potencial. Si se supera el rango, debe utilizarse un péndulo de mayor capacidad u otra geometría de probeta.
Los péndulos de impacto de la serie HIT de ZwickRoell pueden configurarse para diferentes necesidades energéticas. Para ASTM E23, el HIT50P puede constituir una solución compacta para energías de impacto bajas. Para energías superiores pueden utilizarse péndulos de impacto de mayor capacidad, de 450 o 750 julios. La selección debe basarse en ensayos preliminares, el comportamiento del material, la energía de impacto prevista y los requisitos de la norma.
Bloque de impacto, yunques y cuchilla: los elementos clave para obtener resultados estables
Para obtener ensayos de flexión por impacto reproducibles según ASTM E23, no solo es decisiva la selección del martillo de péndulo adecuado. La distancia entre apoyos, la geometría de los yunques y el estado de la cuchilla influyen directamente en la carga aplicada a la probeta. El desgaste, los residuos o las superficies de apoyo dañadas pueden falsear los resultados. Por ello, los yunques y las cuchillas deben comprobarse periódicamente y sustituirse en caso necesario.
La distancia entre apoyos y la geometría de los yunques influyen directamente en la carga de flexión de la probeta. Si la distancia entre apoyos es demasiado grande, la probeta puede romperse con mayor facilidad. Si es demasiado pequeña, pueden obtenerse valores de energía de impacto más elevados. Los yunques desgastados, dañados o sucios, así como una cuchilla desgastada, también modifican las condiciones de apoyo y de aplicación de la fuerza.
Para los ensayos Charpy puede utilizarse un bloque de impacto Charpy de ZwickRoell. Los yunques pueden girarse e intercambiarse, por lo que pueden utilizarse varias veces. Esto prolonga su vida útil y reduce la necesidad de piezas de repuesto. Si además de Charpy se prevén otros tipos de ensayo, como Izod, un bloque de impacto universal ofrece una mayor flexibilidad.
También es importante la instalación del péndulo de impacto. Una base suficientemente sólida y estable reduce las vibraciones y las pérdidas de energía no deseadas. De este modo, la energía medida durante el ensayo puede atribuirse con la mayor claridad posible al comportamiento a la fractura de la probeta.
Verificación directa e indirecta: La norma ASTM E23 exige más que una simple medición
La ASTM E23 incluye la verificación del péndulo de impacto. En la verificación directa se comprueban magnitudes de medición como la distancia entre apoyos, los radios de los yunques o la geometría de la cuchilla. En la verificación indirecta se ensayan mediante impacto probetas de referencia para comprobar si los resultados previstos se encuentran dentro de las tolerancias admisibles.
Si la verificación indirecta se encuentra fuera de tolerancia, esto indica desviaciones en la configuración de ensayo, desgaste o un estado del equipo que debe analizarse con mayor detalle.
ZwickRoell ofrece a los laboratorios péndulos de impacto conformes a la norma, configuraciones de ensayo calibrables y verificables, así como servicios de asistencia y asesoramiento. Para obtener ensayos reproducibles según ASTM E23, además del péndulo, también es importante toda la configuración formada por el bloque de impacto, la cuchilla, los yunques, el sistema de medición, el software y las comprobaciones periódicas.
Fricción, resistencia del aire y pérdidas de energía: Evitar desviaciones sistemáticas
En los péndulos de impacto se producen inevitablemente pérdidas por fricción y a la resistencia del aire. Si no se tienen en cuenta, las pérdidas de energía se incluyen al resultado del ensayo aunque no hayan sido causadas por el material.
Los péndulos de impacto de ZwickRoell permiten determinar la fricción y la resistencia del aire. Si la configuración permanece invariable, estas pérdidas pueden tenerse en cuenta y compensarse en los resultados de medición. Esto aumenta la fiabilidad de la energía de impacto y reduce las desviaciones sistemáticas.
Ensayos de flexión por impacto automatizados según ASTM E23
La automatización resulta especialmente útil en ASTM E23 cuando se realizan ensayos Charpy a temperatura, con un elevado volumen de probetas o con la mínima influencia del usuario. El punto más crítico no suele ser el propio ensayo de flexión por impacto, sino la secuencia previa: El acondicionamiento térmico, la extracción, el posicionamiento, el cierre del dispositivo de protección y el inicio del ensayo deben realizarse de forma reproducible y dentro de la ventana de tiempo especificada.
Con el sistema de ensayos automatizado «roboTest I» pueden realizarse de forma automatizada ensayos de flexión por impacto según Charpy en probetas metálicas entalladas. El sistema se encarga del acondicionamiento térmico, el transporte y posicionamiento de las probetas y el inicio del ensayo. De este modo se reducen influencias manuales como la temperatura de las manos, la humedad, la colocación descentrada o el retraso en el inicio del ensayo.
Esto resulta especialmente importante en los ensayos a temperatura controlada. La probeta debe ensayarse pocos segundos después de abandonar el sistema de acondicionamiento térmico para conservar la temperatura real de ensayo. La automatización facilita precisamente esta etapa: Se estandariza la secuencia, se controla el tiempo entre el acondicionamiento térmico y el impacto y se garantiza un posicionamiento reproducible de la probeta.
Para los laboratorios que ensayan un gran número de probetas, la automatización ofrece además ventajas en términos de eficiencia. El operador no tiene que colocar e iniciar el ensayo de cada probeta individualmente, sino que puede procesar las series de ensayos recurrentes de forma mucho más estandarizada. Esto reduce la carga de trabajo del personal del laboratorio y mejora al mismo tiempo la comparabilidad de los resultados.
- Ensayo Charpy semiautomático
Para el HIT450P está disponible una variante semiautomática. El usuario introduce las probetas individualmente en el sistema de acondicionamiento térmico. Las probetas se llevan a la temperatura especificada, incluido el tiempo de mantenimiento. En cuanto una probeta está lista para el ensayo, el usuario recibe una señal e inicia el ensayo de cada probeta pulsando un botón.
La principal ventaja reside en la seguridad del proceso: La probeta abandona el sistema de acondicionamiento térmico y se ensaya dentro de la ventana de tiempo requerida. Al mismo tiempo, el operador continúa participando en la secuencia, sin tener que controlar de forma totalmente manual los pasos críticos. - Ensayo Charpy totalmente automatizado
Para los péndulos de impacto HIT450P y HIT750P, ZwickRoell ofrece una variante totalmente automatizada con torres de almacenes de probetas. En el caso de probetas normalizadas con una sección transversal de 10 × 10 mm, una torre de almacén tiene capacidad para hasta 45 probetas. Pueden integrarse varias torres de almacenes en el sistema. Las probetas se almacenan, se introducen automáticamente en el sistema de acondicionamiento térmico, se llevan a la temperatura especificada, se ensayan y, a continuación, se transportan fuera del sistema mediante una cinta de evacuación opcional.
Si se desea, pueden clasificarse los restos de las probetas, identificarse las probetas mediante códigos ID, expulsarse las probetas cuya lectura sea incorrecta, medirse sus dimensiones o limpiarse los yunques después de cada ensayo. Cuando se utilizan diferentes alturas del péndulo, IntelliDrive permite automatizar el ajuste de la altura del péndulo.
¿Ensaya periódicamente probetas Charpy a temperatura controlada o grandes cantidades de probetas según la norma ASTM E23?
Los sistemas de ensayos automatizados de ZwickRoell estandarizan el acondicionamiento térmico, la alimentación, el posicionamiento y la asignación de los resultados. Esto reduce la influencia del operador, garantiza el cumplimiento de la ventana de tiempo entre el acondicionamiento térmico y el impacto y reduce la carga de trabajo del personal del laboratorio en ensayos en serie recurrentes.
Ámbitos de aplicación típicos de ASTM E23
La norma ASTM E23 se utiliza siempre que sea necesario evaluar el comportamiento de materiales metálicos bajo cargas de impacto.
Los campos de aplicación típicos son:
- Aseguramiento de la calidad en la producción de metales: Plantas siderúrgicas, fundiciones y fabricantes de materiales metálicos comprueban si las propiedades de los materiales cumplen las especificaciones.
- Demostración de las propiedades mecánicas ante los clientes: Los resultados del ensayo de impacto con probetas entalladas pueden utilizarse en fichas técnicas, certificados de ensayo o procesos de homologación.
- Selección de materiales en diseño y desarrollo: El ensayo ayuda a determinar si un material es adecuado para una aplicación con determinadas cargas térmicas o de impacto.
- Evaluación del comportamiento de fractura frágil: Especialmente a bajas temperaturas, el ensayo ayuda a evaluar la transición entre un comportamiento a fractura dúctil y frágil.
- Comparación de lotes y procesos de fabricación: Los valores de ensayo pueden mostrar si el comportamiento del material varía entre distintos lotes, tratamientos térmicos o procesos de fabricación.
- Entorno de calibración y acreditación: Los laboratorios de ensayo y organismos de acreditación utilizan el método para verificar los sistemas y las secuencias de ensayo y garantizar la comparabilidad.
- Investigación y formación: El ensayo según ASTM E23 permite visualizar las relaciones fundamentales entre el efecto de la entalla, la temperatura y el comportamiento a la fractura.
Ensayos fiables y trazables según ASTM E23 con el software de ensayos testXpert
El software de ensayo testXpert facilita los ensayos de flexión por impacto según ASTM E23 cuando son fundamentales unas secuencias reproducibles, unos parámetros trazables y una asignación segura de los resultados. Los parámetros de ensayo pueden almacenarse en programas de ensayo previamente preparados. De este modo se estandarizan las secuencias de ensayo y se reduce la influencia del operador.
El software puede utilizarse directamente en el péndulo de impacto como solución independiente mediante una pantalla digital o conectarse a un PC. Para laboratorios con secuencias sencillas puede ser suficiente utilizar la pantalla directamente en el equipo. Cuando se manejan grandes cantidades de datos, evaluaciones, informes o conexiones con sistemas existentes, la conexión a un PC ofrece una mayor comodidad.
Una ventaja funcional es la asignación inequívoca de los resultados de ensayo, la información de las probetas y los parámetros de ensayo. En los sistemas automatizados, el software también puede interactuar con el escáner de códigos ID, la medición de dimensiones, la secuencia de acondicionamiento térmico y la gestión de resultados. Esto facilita una documentación conforme a la norma, reduce los errores de transferencia y contribuye a obtener resultados de ensayo comparables entre distintas series.
Preguntas frecuentes sobre la ASTM E23
El ensayo según ASTM E23 se utiliza para determinar la energía de impacto y evaluar la resistencia al impacto de los materiales metálicos. Permite determinar cómo reacciona un metal bajo cargas de impacto y si presenta un comportamiento más dúctil o más frágil. El ensayo resulta especialmente relevante para evaluar el comportamiento de fractura frágil y comparar materiales a diferentes temperaturas.
El principal valor medido es la energía de impacto consumida, expresada en julios. Además, puede evaluarse el carácter de la fractura, por ejemplo, la proporción de fractura frágil. Esta evaluación se realiza a partir de la superficie de fractura.
Los principios de ensayo son similares en muchos aspectos, especialmente en los ensayos Charpy con probetas metálicas entalladas. Una diferencia importante es que ASTM E23 incluye, además de Charpy, ensayos Izod. Además, la verificación del equipo de ensayo está incluida directamente en ASTM E23, mientras que en ISO 148 se aborda en otras partes de la norma.
Las probetas sin entalla pueden ensayarse técnicamente con equipos adecuados, pero, según esta clasificación, no formarían parte del ensayo normalizado conforme a ASTM E23.
En el método Charpy, la probeta se coloca sobre dos apoyos y se golpea en el lado opuesto a la entalla. En el método Izod, la probeta se sujeta por un solo extremo y se golpea de canto. Por ello, los resultados de ambos métodos no son directamente comparables.
La elección depende del tipo de carga que se desee simular en la aplicación posterior. Charpy describe una probeta apoyada que se somete a una solicitación de flexión por impacto. Izod utiliza una probeta sujeta por un solo extremo. Por tanto, el método de ensayo debe adecuarse al objetivo del ensayo y al comportamiento del componente.
Las probetas Charpy normalizadas típicas tienen una longitud de 55 mm, una anchura de 10 mm y un espesor de 10 mm. La entalla está situada en el centro de la probeta. En función del método, pueden utilizarse entallas en V, entallas en U o entallas de ojo de cerradura.
En las entallas en V son especialmente importantes la profundidad y el radio de la entalla, así como la anchura residual en la raíz de la entalla, ya que determinan la concentración de tensiones en la entalla. En las entallas en U, el mayor radio modifica el comportamiento a la fractura. Por tanto, las diferentes formas de entalla no deben compararse directamente entre sí.
Las probetas Izod normalizadas típicas tienen una longitud de 75 mm, una anchura de 10 mm y un espesor de 10 mm. La entalla está situada fuera del centro de la probeta, a 28 mm de la cabeza.
Las probetas Izod se diferencian de las probetas Charpy principalmente por la posición de la entalla y el tipo de carga. La probeta se sujeta por un solo extremo y no se coloca sobre dos apoyos como en el método Charpy.
Estas diferencias son decisivas para la evaluación. Los resultados de Charpy e Izod no son directamente comparables, ya que la configuración de ensayo, la aplicación de la fuerza y la mecánica de fractura son diferentes.
La entalla genera la concentración de tensiones en la que se inicia la fractura. Por tanto, la profundidad, la forma, el radio y la posición de la entalla, así como la calidad de la superficie, influyen directamente en la energía de impacto medida y en la evolución de la fractura.
Si no es posible utilizar probetas normalizadas debido al material, la geometría del componente o la cantidad de material disponible, pueden utilizarse probetas más pequeñas, denominadas probetas de dimensiones reducidas o probetas subsize. En estos casos se utilizan apoyos especiales para adaptar la altura de la probeta al péndulo.
Además, deben documentarse las dimensiones reales de las probetas y tenerse en cuenta durante la evaluación. Esto resulta especialmente importante porque las probetas más pequeñas pueden presentar una absorción de energía diferente a la de las probetas normalizadas. Por tanto, los resultados de las probetas normalizadas y de dimensiones reducidas no deben compararse entre sí sin tener en cuenta estas diferencias.
Muchos metales se vuelven más frágiles a bajas temperaturas. Por ello, los ensayos de impacto con probetas entalladas suelen realizarse a diferentes temperaturas para evaluar el comportamiento de transición entre fractura dúctil y frágil.
Si transcurre demasiado tiempo entre la extracción de la probeta del sistema de acondicionamiento térmico y el ensayo, su temperatura cambia. Esto puede provocar dispersión, especialmente en ensayos por debajo de la temperatura ambiente o próximos a la temperatura de transición.
Los ensayos Izod se realizan normalmente a temperatura ambiente. El motivo se encuentra en la configuración del ensayo: La probeta se sujeta por un solo extremo y el sistema de sujeción suele formar parte del péndulo de impacto. Por ello, no es posible acondicionar térmicamente todo el entorno de sujeción del mismo modo que en las probetas Charpy.
Por tanto, en muchos casos Charpy es el método más adecuado para los ensayos de impacto con probetas entalladas a temperatura controlada. En este caso, la probeta puede acondicionarse térmicamente, colocarse rápidamente y ensayarse dentro de la ventana de tiempo requerida.
El péndulo debe ser adecuado para el consumo de energía previsto. La norma ASTM E23 establece un límite superior del 80 % de la capacidad del péndulo y, adicionalmente, un límite inferior que depende de la resolución de medición (25 veces la resolución máxima del equipo; con una resolución de nuestra indicación digital de 0,1 julios, esto corresponde a un límite inferior de 2,5 julios). Un rango de medición inadecuado puede afectar a la precisión y fiabilidad de los resultados.
Sí, para rangos de energía inferiores, el HIT50P (50 julios) puede ser una solución adecuada, especialmente cuando solo se esperan energías de impacto bajas o el espacio disponible en el laboratorio es limitado. Este péndulo de impacto más pequeño no es adecuado para ensayos según ISO 148, ya que no alcanza la velocidad de impacto exigida por dicha norma.
La solución de automatización «roboTest I» de ZwickRoell está diseñada para ensayos Charpy en probetas metálicas. Combina la alimentación de probetas, el acondicionamiento térmico, el tiempo de mantenimiento, el posicionamiento y el ensayo. En función del sistema, son posibles secuencias semiautomáticas o totalmente automáticas.
El software de ensayo testXpert permite utilizar programas de ensayo estandarizados, parámetros de ensayo trazables, asignación de resultados y documentación. En los sistemas automatizados pueden integrarse funciones adicionales como la identificación mediante códigos ID, la medición de dimensiones y la gestión de resultados.
