1UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ

CARRIÓN

FACULTAD DE INGENERIA

METALURGICA Y QUIMICA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE ING. METALURGICA

“PROBLEMAS RESUELTOS DE FRACTURA Y MECANICA DE FRACTURA”

Alumno:

Sota Grau Diego

Docente:

Ing. Vega Pereda NicanorIngeniero Metalúrgico.

Curso:

1

FRACTURA Y MECANICA DE FRACTURA

Huacho – Perú

Noviembre del 2015

1. En un ensayo con péndulo Charpy, la maza de 25 kg cayó desde una altura

de 1 m y después de romper la probeta de sección 80 mm2 se elevó 0,4 m.

calcular: a) la energía de rotura (b) la resiliencia.

SOLUCIÓN

a) La energía de la maza en el punto A será toda potencia y se calculará

como EA=mg H A

Siendo H A, la altura de que alcanza la maza contada desde un nivel de

referencia dado. Por otro lado, en el punto B, cuando la maza tiene

velocidad cero, le energía también será toda potencial, y se calculará

ahora como, EB=mg HB

La energía absorbida por la probeta se podrá determinar entonces como

la pérdida de energía potencial, esto es: EA−EB=Eab

Y por tanto,

Eab=mg (H A−H B )= (25Kg )(9.8m

s2 )(1m−0,4m)=147J

b) La resiliencia, Rs, se calculará como el cociente entre la energía

absorbida y la sección de la probeta, esto es,

R s=EabS0

= 147 j80mm2=1,83

jmm2

2

2. A continuación se tabulan los datos obtenidos a partir de ensayos de impacto

Charpy en un acero aleado 4340.

T°C Energía de Impacto (absorbida) (J)

0 105

-25 104

-50 103

-75 97

-100 63

-113 40

-125 34

-150 28

-175 25

-200 24

a) Represente los resultados en términos de energía absorbida en el

impacto frente a la T°

b) Determinar la T° de transición dúctil - frágil definido como aquella T° que

corresponde al valor medio de las máximas y mínimas absorbidas.

c) Determinar la T° de transición dúctil – frágil definida como aquella T° a la

cual la energía absorbida es igual a 50J.

SOLUCIÓN

a) La representación es algo así como en la figura adjunta.

3

b) La media aritmética entre las energías de impacto máxima y mínima será

igual a:

Media=105J +24 J2

=64,5 J

Como se indica en la figura por medio de la línea de trazos discontinuo, la

temperatura de transición deberá ser de -100 ºC

c) Trazando directamente en la curva representada, para el valor de 50J le

corresponde una temperatura de aproximadamente -110°C

3. En un ensayo de Brinell se determina que la dureza del material es de 120

kp/mm2 . Calcular el diámetro (D), en mm, de la bola de acero empleada en

el ensayo, sabiendo que deja una huella (casquete esférico) de profundidad

f=0.74 mm, cuando se le somete a una fuerza de 55 kN durante 15

segundos. Recuerde que el área que deja la bola de un ensayo Brinell viene

dada por la expresión A=πDf. Exprese la dureza según la norma. Considere

g=9.81 m/s2

4

Solucion:

4. Calcular la sección, en mm2 , de una probeta utilizada en un ensayo de

resiliencia, teniendo en cuenta que la masa de 20 Kg de un péndulo de

Charpy cae desde una altura de 1 m y sube hasta una altura de 30 cm

después de la colisión. La resiliencia del material vale 55 J/cm2 . Considere

g=9.81 m/s2

Solucion:

ρ=mg(H−h)

A→A=

mg(H−h)ρ

=20 x 9.81x (1.0−0.3)

0.65=250mm2

5. En un ensayo de impacto realizado con el péndulo Charpy, la maza de 18,5 kg

está situada a

1,2 m de altura. Una vez liberado el péndulo y fracturada la probeta de 80 mm2

de sección transversal, la maza asciende hasta una altura de 65 cm. Se pide:

a) Calcular la resiliencia del material.

b) Calcular la energía sobrante tras el impacto.

6.

5

a)

m=18, 5 kg H= 1,2m h= 0,65m S= 80 mm2= 8.10−5 m2

p= 1.246.437,5 (Julios/m2)

b)

Energía sobrante tras el impacto:

E=mgh=117’845 Julios

6. Se desea medir la dureza Brinell de una pieza de acero y de otra de aluminio, cuyas

constantes de ensayo son 30 y 5, respectivamente. Se dispone de penetradores de 5

mm y 2,5 mm de diámetro. El durómetro sólo puede cargarse con 125 kp, 187,5 kp o

250 kp. Se pide:

a) La carga y el diámetro del penetrador que se debería utilizar para el acero.

b) La carga y el diámetro del penetrador que se debería utilizar para el aluminio.

a) F=KD2

Para el acero sabemos:

K=30

Por lo tanto: F=30 .D2

Probamos:

F=30 . (52) =750 kp No es posible

F=30 .(2.52)= 187.5 Kp Correcto

Usaremos una carga de 187,5 kp y una bola de 2,5 mm

6

b)Del aluminio sabemos:

K=5Por lo tanto: F=5.D2

Probamos:

F=5.(52)= 125 kp Correcto

           F=5.(2,52)= 31,25 kp No es posible ya que no la dispone el durómetro.

Usaremos una carga de 125 kp y una bola de 5mm

7. Una probeta de sección cuadrada de 10 mm de lado y una entalla de 2 mm de

profundidad, es sometida a un ensayo Charpy. La masa del martillo es de 20 kg y cae

desde una altura de 1 m. Tras la rotura alcanza una altura de 85 cm. Se pide:

a) Determinar la energía absorbida en la rotura.

b) Determinar la Resiliencia del material.

7

8

9