ISO 148-1: Ensayo de flexión por impacto en metal según Charpy
El ensayo de flexión por impacto según ISO 148 se utiliza para determinar la energía de impacto y el comportamiento a fractura frágil de los materiales metálicos. Este método es especialmente relevante para aplicaciones en las que los materiales deben soportar de forma segura cargas de choque e impacto. Se utiliza en el aseguramiento de la calidad, el desarrollo de materiales, el control de producción y la acreditación.
En la práctica, la dispersión suele deberse a dimensiones imprecisas de las probetas, la calidad de la entalla, desviaciones de temperatura o la influencia del operador. ZwickRoell le ofrece péndulos de impacto adecuados, ayudas de colocación, soluciones de acondicionamiento térmico, el software de ensayo testXpert y opciones de automatización.
El método de ensayo también se define y especifica en la norma ASTM E23. La norma ISO es idéntica a una norma europea (EN ISO 148-1).
Fuentes de error frecuentes Realización del ensayo Opciones de automatización Preguntas frecuentes sobre la norma Solicite asesoramiento
ISO 148-1: Un vistazo a lo más importante
- La norma 148-1 describe el ensayo de flexión por impacto en probetas de metal con entalla en U o V y sirve para determinar la energía de impacto (energía absorbida) y la resistencia al impacto.
- El ensayo permite determinar si un metal presenta más bien tenacidad o fragilidad; además, permite determinar la transición dúctil-frágil en función de la temperatura.
- En la práctica, las principales fuentes de error se encuentran en las dimensiones de las probetas, la profundidad y posición de la entalla, la calidad de la superficie, una posición incorrecta de la probeta y un acondicionamiento térmico insuficientemente controlado.
- Los ensayos con control de temperatura son exigentes, ya que la probeta debe ensayarse pocos segundos después de retirarla del sistema de acondicionamiento térmico.
- El tamaño correcto del péndulo, una velocidad de impacto conforme a la norma, yunques calibrados y la compensación de las pérdidas por fricción y resistencia del aire son factores decisivos para obtener resultados comparables.
- Para los ensayos según ISO 148, ZwickRoell ofrece péndulos de impacto adecuados, bloques de impacto Charpy, ayudas de colocación, soluciones de acondicionamiento térmico y automatización.
- El software de ensayo testXpert permite utilizar secuencias de ensayo estandarizadas, parametrizar de forma segura, disponer de documentación trazable e integrar los datos de ensayo en los procesos del laboratorio.
La ISO 148-1 en la práctica: Fuentes de error habituales y cómo influyen en los resultados
En la práctica, la calidad del ensayo de flexión por impacto no depende únicamente del péndulo de impacto. La dispersión suele originarse incluso antes del impacto: durante la preparación de las probetas, el acondicionamiento térmico o la colocación manual. Precisamente estas etapas determinan si los resultados son comparables, reproducibles y fiables.
Posibles fuentes de error en:
Preparación y calidad de las probetas Colocación y alineación Influencia de la temperatura Sistema de ensayos
Preparación y calidad de las probetas
Fuentes de error habituales:
- Dimensiones de probeta no conformes a la norma: Las probetas Charpy normalizadas tienen unas dimensiones de 10 × 10 × 55 mm. Las desviaciones modifican el comportamiento a la fractura y dificultan la comparación con valores de referencia.
- Entalla defectuosa o irregular: La profundidad y el radio de la entalla influyen considerablemente en la energía medida. Una entalla más pequeña puede dar lugar a energías de impacto más elevadas y una entalla mayor, a valores más bajos.
- Entalla descentrada: En el ensayo Charpy, la entalla debe estar centrada para que el martillo del péndulo impacte de forma definida en el lado opuesto.
- Confusión entre entallas en V y U: Las entallas en V y U dan lugar a resultados no comparables debido a sus diferentes geometrías.
- Defectos superficiales y estrías: Los daños o las estrías pueden influir en la propagación de la grieta y, en el peor de los casos, dañar también los yunques.
- Falta de homogeneidad del material o lote incorrecto:Los diferentes estados del material influyen directamente en el trabajo de impacto y en la proporción de fractura frágil.
Colocación y alineación de la probeta
La probeta debe estar centrada y correctamente orientada en el bloque de impacto. Si no se coloca centrada, el péndulo no impacta exactamente en el lado opuesto de la entalla. Esto modifica la carga de flexión y puede dar lugar a resultados incorrectos o dispersos.
Control de la temperatura e intervalo de tiempo
Los ensayos con control de temperatura según ISO 148 son especialmente críticos, ya que el comportamiento a la fractura de los materiales metálicos puede variar considerablemente con la temperatura. Sobre todo a bajas temperaturas, muchos metales presentan una fractura más frágil; por ello, la probeta debe encontrarse realmente a la temperatura de ensayo especificada en el momento del impacto.
Los puntos críticos son:
- Acondicionamiento térmico homogéneo de la probeta: La probeta debe estar completamente acondicionada a la temperatura especificada, no solo en la superficie.
- Transferencia rápida al ensayo:Desde que se retira la probeta del sistema de acondicionamiento térmico, pasando por su colocación en el bloque de impacto, hasta que el péndulo impacta sobre ella, no deben transcurrir más de 5 segundos.
- Pérdida de temperatura durante la manipulación:La temperatura ambiente, la manipulación y los medios auxiliares no acondicionados térmicamente pueden modificar la temperatura de la probeta.
- Pinzas refrigeradas conjuntamente:En los ensayos a bajas temperaturas, las pinzas también deberían estar acondicionadas térmicamente para evitar que la probeta se caliente al sujetarla.
- Colocación reproducible:La presión de tiempo aumenta el riesgo de que la probeta no se coloque exactamente centrada o con la orientación correcta.
Si se supera la ventana de tiempo especificada, ya no puede garantizarse que el ensayo se realice a la temperatura definida. Esto puede provocar dispersión y afectar a la comparabilidad de los resultados.
Péndulo de impacto, capacidad del péndulo y velocidad de impacto
El propio sistema de ensayos también debe ser adecuado para la norma y la aplicación de ensayo:
- ISO 148 exige una velocidad de impacto comprendida entre 5 y 5,5 m/s.
- El ángulo de disparo y el martillo del péndulo influyen en la velocidad de impacto y, por tanto, en la comparabilidad de los resultados.
- Los yunques se desgastan durante los ensayos y deben comprobarse periódicamente y, en caso necesario, limpiarse, girarse o sustituirse.
¿Desea realizar sus ensayos según ISO 148 de forma más segura, reproducible y eficiente?
Le ayudamos a elegir el péndulo de impacto, el bloque de impacto, el sistema de acondicionamiento térmico, el software y el grado de automatización más adecuados en función del material, el volumen de probetas, la temperatura de ensayo y los requisitos de la norma.
Realización del ensayo de flexión por impacto según ISO 148-1 con ZwickRoell
Etapas críticas y soluciones de ZwickRoell en detalle:
Posicionamiento de la probeta Acondicionamiento térmico Selección del péndulo de impacto Selección del bloque de impacto Pérdidas de energía Opciones de automatización
Así es cómo se realiza el ensayo:
En el ensayo de flexión por impacto según Charpy conforme a ISO 148, una probeta metálica con entalla se coloca sobre dos apoyos y se rompe de forma brusca mediante un martillo de péndulo. La entalla se encuentra centrada y el impacto se produce en el lado opuesto.
Antes del ensayo, se preparan y comprueban la geometría de la probeta, el tipo y la profundidad de la entalla, el estado de la superficie y, en su caso, la temperatura de ensayo. En los ensayos a temperatura controlada, la probeta debe acondicionarse térmicamente de forma homogénea y colocarse y ensayarse en un plazo de 5 segundos después de retirarla.
El trabajo de impacto en julios se determina a partir de la diferencia entre la altura de caída y la altura de ascenso del péndulo. Adicionalmente, puede evaluarse el porcentaje de fractura frágil en la superficie de la fractura, por ejemplo, de forma manual u óptica. Los resultados se utilizan para comparar materiales, realizar controles de calidad y evaluar el comportamiento de los materiales bajo cargas de impacto.
Posicionamiento preciso de las probetas
La colocación centrada de la probeta es decisiva para obtener resultados reproducibles. Incluso pequeñas desviaciones de posición modifican el punto de impacto del martillo del péndulo y, por tanto, la carga local. Las pinzas, los topes o las ayudas de centrado facilitan una colocación rápida y reproducible y reducen las desviaciones en el posicionamiento manual
En los ensayos de impacto automatizados, el sistema de ensayos se encarga de posicionar la probeta. De este modo, se encuentra en la misma posición en cada ensayo. Esto permite mantener unas condiciones de ensayo constantes y constituye la base para obtener resultados comparables y reproducibles.
Control seguro de la temperatura
En las probetas acondicionadas térmicamente, deben transcurrir como máximo 5 segundos entre la extracción de la probeta y el impacto del martillo del péndulo. En este lapso de tiempo, la probeta debe colocarse correctamente, debe cerrarse la puerta de protección y debe realizarse el ensayo. Los trayectos cortos, las ayudas de colocación y un botón de inicio situado al alcance de la mano facilitan el procedimiento manual.
La automatización aumenta adicionalmente la seguridad del proceso: Coloca la probeta de forma reproducible en la posición de ensayo, reduce la influencia del operador y ayuda a garantizar el cumplimiento de la ventana de tiempo, especialmente cuando se ensaya un gran volumen de probetas.
Selección del péndulo de impacto
Para los ensayos según ISO 148, ZwickRoell ofrece los péndulos de impacto HIT300P, HIT450P y HIT750P. Lo decisivo es que el péndulo sea adecuado para la energía de impacto esperada y cumpla los requisitos de la norma. ISO 148-1 establece como límite superior el 80 % de la capacidad del péndulo, pero no establece ningún límite inferior. Por tanto, con un HIT450P equipado con un martillo de péndulo de 450 julios pueden realizarse ensayos conformes a la norma en un rango de 0 a 360 julios.
Selección del bloque de impacto
Para los péndulos de impacto HIT300P y HIT450P, ZwickRoell ofrece dos variantes de bloque de impacto: el bloque de impacto Charpy y el bloque de impacto universal.
El bloque de impacto Charpy está diseñado específicamente para ensayos Charpy. Sus yunques pueden girarse y, además, intercambiarse de un lado a otro. De este modo, los yunques pueden utilizarse en cuatro posiciones antes de que sea necesario sustituirlos. Esto reduce las necesidades de sustitución por desgaste en el trabajo diario del laboratorio.
El bloque de impacto universal ofrece una mayor flexibilidad en cuanto a los tipos de ensayo. En caso necesario, puede reequiparse, por ejemplo, para ensayos Izod o ensayos de tracción por impacto. Por ello, resulta especialmente adecuado para laboratorios en los que se realizan distintos métodos de ensayo con un mismo péndulo de impacto.
En el péndulo de impacto HIT750P, los apoyos y yunques se montan directamente en el equipo, por lo que no se necesita un bloque de impacto independiente. Está destinado principalmente a ensayos Charpy, aunque también permite realizar ensayos de tracción por impacto.
Consideración de las pérdidas de energía
En los péndulos de impacto siempre se producen pérdidas por fricción y resistencia del aire. Los equipos de ZwickRoell permiten determinar estas influencias para poder compensarlas cuando la configuración permanece invariable. Esto permite atribuir con mayor precisión la absorción de energía medida a la probeta y no al sistema de ensayos.
Ensayos de flexión por impacto automatizados según ISO 148-1
La automatización resulta especialmente útil en ISO 148 cuando se ensaya un gran número de probetas, cuando los ensayos se realizan a temperatura controlada o cuando se desea reducir la influencia del operador. Los sistemas de ensayos automatizados garantizan el cumplimiento de la ventana de tiempo máxima de 5 segundos entre la salida del sistema de acondicionamiento térmico y el ensayo de impacto.
Con el sistema de ensayos automatizado roboTest I pueden ensayarse automáticamente hasta 450 probetas metálicas con entalla en un rango de temperatura de -180 °C a +300 °C.
Para ello, ZwickRoell ofrece diferentes variantes adaptadas al péndulo de impacto correspondiente:
- Para el HIT450P está disponible una variante semiautomática en la que el operador introduce las probetas en el sistema de acondicionamiento térmico y, a continuación, el ensayo se inicia de forma controlada.
- Para el HIT750P se ofrecen soluciones semiautomáticas y totalmente automáticas. En la variante totalmente automática, el usuario únicamente tiene que cargar el almacén. Una vez iniciado el sistema, las probetas se alimentan, se acondicionan térmicamente, se ensayan después del tiempo de mantenimiento definido y, a continuación, se transportan fuera de la zona de ensayo mediante una cinta de evacuación opcional.
En todos los sistemas de ensayos automatizados, la entrada y control se lleva a cabo a través del software de automatización autoEdition3.
En función de las necesidades, se ofrecen otras opciones:
- Escáner de códigos ID para asociar la probeta, el lote, el turno de producción y el resultado
- Medición opcional de las dimensiones, especialmente de la profundidad de la entalla o de la altura residual
- Almacenes para hasta 600 probetas
- Alojamiento de probetas basado en el principio Poka-Yoke para garantizar la orientación correcta de la entalla
- Limpieza de los yunques después del ensayo
- IntelliDrive para el ajuste automático de la altura del péndulo cuando cambian las condiciones de ensayo.
- Rango de temperatura ampliado hasta +600 °C
- Cinta de evacuación y clasificación opcional de los restos de las probetas
De este modo, la automatización no solo resulta adecuada para ensayos a temperatura controlada, sino también para laboratorios con un elevado volumen de probetas y secuencias de ensayo estandarizadas.
¿Ensaya un gran número de probetas Charpy o necesita garantizar el cumplimiento de las ventanas de temperatura?
Los sistemas automatizados de ensayo ISO 148 de ZwickRoell reducen las intervenciones manuales, disminuyen la carga de trabajo del personal del laboratorio y mejoran la reproducibilidad de la secuencia de ensayo.
Aplicaciones típicas de ISO 148-1
ISO 148 se utiliza siempre que sea necesario evaluar el comportamiento de materiales metálicos bajo cargas de impacto, a bajas temperaturas o durante la transición dúctil-frágil.
Casos de uso típicos:
- Aseguramiento de la calidad de materiales metálicos: Demostración de que los materiales cumplen las especificaciones y de que los resultados de ensayo siguen siendo comparables.
- Plantas siderúrgicas y fundiciones: Determinación de propiedades mecánicas para fichas técnicas, homologaciones de clientes y control de calidad.
- Desarrollo de materiales y diseño: Selección de materiales adecuados para componentes que deben utilizarse de forma segura a determinadas temperaturas ambiente.
- Evaluación del comportamiento de fractura frágil: Análisis de la temperatura a partir de la cual un material presenta una fractura más frágil o más dúctil.
- Organismos de calibración y acreditación: Verificación de equipos, procesos de ensayo y laboratorios.
- Investigación, formación y universidades: Enseñanza de métodos fundamentales de ensayo de materiales y estudio del comportamiento a la fractura de materiales metálicos.
ISO 148-1 con software de ensayos testXpert
El software de ensayo testXpert facilita los ensayos según ISO 148 mediante secuencias de ensayo predefinidas, ajustes estandarizados y documentación trazable con programas de ensayo estándar y programas de ensayo maestros. En función de la configuración, testXpert puede utilizarse directamente en el equipo mediante una pantalla digital o con conexión a un PC. La conexión a un PC resulta especialmente relevante cuando es necesario documentar los resultados de forma más exhaustiva, procesarlos posteriormente o transferirlos a estructuras de datos existentes.
Ventajas funcionales para los laboratorios:
- Menor influencia del operador gracias a secuencias de ensayo estandarizadas
- Registro trazable de los parámetros y resultados de ensayo
- Evaluación coherente de ensayos recurrentes
- Mejor documentación para el aseguramiento de la calidad, la acreditación y los informes para clientes
- Integración en procesos digitales de laboratorio y de datos
Preguntas frecuentes sobre las normas ISO 148
ISO 148 describe el ensayo de flexión por impacto según Charpy en probetas metálicas con entalla. El ensayo se utiliza para determinar la energía de impacto absorbida por el material y evaluar el comportamiento a la fractura, en particular las proporciones de fractura frágil o dúctil.
La principal propiedad es la energía de impacto consumida energía de impacto consumida (trabajo de impacto), expresada en julios. Adicionalmente, puede determinarse la proporción de fractura frágil a partir de la superficie de fractura. En la práctica, según la entrevista, esta proporción se evalúa manual u ópticamente a partir de la superficie de fractura.
Las causas habituales son dimensiones de probeta no conformes a la norma, entallas defectuosas, una posición descentrada de la entalla, defectos superficiales, una colocación incorrecta de la probeta, un acondicionamiento térmico insuficiente, la superación de la ventana de tiempo entre el acondicionamiento térmico y el impacto, así como equipos de ensayo configurados de forma inadecuada o incorrectamente calibrados.
Los ensayos según ISO 148 pueden realizarse con los péndulos de impacto HIT300P, HIT450P y HIT750P de ZwickRoell.
No. El péndulo de impacto HIT50P no alcanza la velocidad de impacto de 5 a 5,5 m/s exigida por ISO 148.
No, en principio no. ISO 148 únicamente establece un límite superior: La energía de impacto consumida debe ser como máximo del 80 % de la capacidad del péndulo. La norma no establece ningún límite inferior.
Por tanto, con el HIT450P y una capacidad del péndulo de 450 J pueden ensayarse energías de impacto de 0 a 360 J.
Sin embargo, con energías de impacto muy bajas debe tenerse en cuenta la fricción determinada. Si la energía de fricción es del mismo orden de magnitud que la energía de impacto medida en la probeta, o incluso superior, puede verse afectada la validez del resultado. En este caso, la opción adecuada es utilizar un martillo de péndulo más pequeño.
Si debe utilizarse la misma geometría de probeta, se necesita un péndulo de mayor capacidad. Como alternativa, pueden utilizarse probetas de dimensiones reducidas con un espesor menor, por ejemplo, de 7,5 mm, 5 mm o 2,5 mm. Para estos espesores se ofrecen placas de suplemento que permiten que el péndulo impacte en el centro de la probeta.
Los materiales metálicos pueden presentar una fractura más frágil a bajas temperaturas. Por ello, la probeta debe estar completamente acondicionada térmicamente y ensayarse muy rápidamente después de retirarla del sistema de acondicionamiento térmico. ISO 148 establece una ventana de tiempo de 5 o 10 segundos, en función de la diferencia de temperatura con respecto al ambiente.
Las entallas en V y U presentan geometrías diferentes y generan una concentración de tensiones distinta en la entalla. Por ello, los resultados de medición son diferentes.
La automatización resulta especialmente rentable en ensayos a temperatura controlada, con ventanas de tiempo reducidas, un elevado volumen de probetas o cuando se desea reducir la influencia del operador. Permite obtener secuencias más uniformes, una colocación reproducible y garantizar el cumplimiento del tiempo entre el acondicionamiento térmico y el impacto.
