Fórmulas y condiciones del Ensayo Charpy

El ensayo Charpy cae con frecuencia en el bloque de materiales de la PEvAU de Tecnología e Ingeniería II, y casi siempre con la misma trampa: calcular bien la energía y equivocarse con la sección. En esta entrada tienes un resumen de lo esencial y una ficha de repaso en PDF para descargar e imprimir.

Descarga la ficha de repaso del ensayo Charpy (PDF, 4 páginas)

Qué es el ensayo Charpy

Es un ensayo de resiliencia: mide la energía que absorbe un material al romperse por un golpe. Un péndulo de masa m se suelta desde una altura h₀, rompe una probeta entallada y sube hasta una altura menor h₁. La energía que ha perdido por el camino es la que ha absorbido la probeta.

La probeta normalizada mide 10 × 10 × 55 mm, se apoya en dos puntos separados 40 mm y el péndulo la golpea por la cara opuesta a la entalla.

Las fórmulas que necesitas

• Energía absorbida: E = m · g · (h₀ − h₁), en julios, con m en kg y las alturas en m.
• Altura a partir del ángulo: h = L · (1 − cos θ), con el ángulo medido desde la vertical.
• Energía con ángulos: E = m · g · L · (cos β − cos α).
• Resiliencia: ρ = E / S₀, en J/cm², donde S₀ es la sección bajo la entalla.
• Velocidad de impacto: v = √(2 · g · h₀).

La sección resistente: el error más frecuente

Para la resiliencia no se usa la sección completa de la probeta, sino la que queda debajo de la entalla:

Probeta de 10 × 10 mm	Profundidad de la entalla	Sección resistente S₀
Entalla en V	2 mm	10 × 8 = 80 mm² = 0,8 cm²
Entalla en U	5 mm	10 × 5 = 50 mm² = 0,5 cm²

Ejemplo resuelto

Un péndulo de 20 kg y 0,9 m de brazo se suelta a 120° de la vertical. Tras romper una probeta de 10 × 10 mm con entalla en V de 2 mm, sube hasta 40°. Calcula la energía absorbida y la resiliencia.

1. h₀ = 0,9 · (1 − cos 120°) = 0,9 · 1,5 = 1,35 m. Ojo: cos 120° = −0,5.
2. h₁ = 0,9 · (1 − cos 40°) = 0,9 · 0,234 ≈ 0,211 m.
3. E = 20 · 9,81 · (1,35 − 0,211) ≈ 223,6 J.
4. S₀ = 10 · (10 − 2) = 80 mm² = 0,8 cm², así que ρ = 223,6 / 0,8 ≈ 279,5 J/cm².

Transición dúctil-frágil

Muchos aceros son tenaces a temperatura ambiente pero se vuelven frágiles en frío. Si se ensayan probetas a distintas temperaturas, la energía absorbida cae bruscamente en una zona: la temperatura de transición. Por encima, la fractura es dúctil, fibrosa y mate; por debajo, frágil, cristalina y brillante.

Antes de entregar, comprueba

• Que los ángulos se miden desde la vertical. Si el enunciado los da desde la horizontal, conviértelos primero.
• Que has usado la sección bajo la entalla, no la sección completa.
• Que la resiliencia está en las unidades que pide el enunciado (J/cm² o J/mm²).
• Que la energía absorbida es menor que la inicial, m · g · h₀.

En la ficha en PDF tienes además la expresión normalizada del resultado (KV₂), las condiciones de la norma UNE-EN ISO 148-1, las ventajas e inconvenientes del ensayo y una lista de comprobación completa.

Más fichas de repaso de ensayos

• [ENLACE] Ficha de repaso del ensayo de dureza Vickers
• [ENLACE] Ficha de repaso del ensayo de dureza Brinell

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