Introducción

Esta lección explica la ejecución controlada del ensayo Charpy una vez que la probeta ha sido preparada. El contenido incluye control de temperatura, acondicionamiento, manipulación, colocación, ruptura, recuperación de especímenes y determinación de valores individuales como energía absorbida, apariencia de fractura y expansión lateral.

El objetivo es mantener la trazabilidad de cada valor individual. En Charpy, una diferencia en la temperatura del medio, en el tiempo de acondicionamiento, en el tiempo de transferencia, en la colocación de la probeta o en la medición posterior a la ruptura puede afectar la interpretación del resultado.

La ejecución del ensayo no debe entenderse como un simple acto de romper la probeta. Cada etapa previa y posterior al impacto forma parte del control técnico: acondicionar, manipular, centrar, romper, recuperar, medir y registrar.

Desarrollo

Cuando una especificación o el comprador requiere una temperatura de ensayo determinada, el medio de calentamiento o enfriamiento debe mantenerse dentro de un intervalo controlado de ±2 °F (1 °C). Este control aplica al medio que acondiciona la probeta antes de la ruptura y evita que el resultado se obtenga a una temperatura distinta de la requerida.

La temperatura ambiente del laboratorio no debe sustituir automáticamente una temperatura de prueba especificada. En un laboratorio, la temperatura ambiente puede variar dentro de un intervalo amplio, por lo que una prueba realizada “a temperatura ambiente” no necesariamente equivale a una condición térmica uniforme o comparable con otra ejecución.

La norma reconoce que en algunos aceros puede no ser necesaria una restricción de temperatura tan estrecha, por ejemplo en ciertos aceros austeníticos. Esta observación no elimina el control térmico cuando la especificación o el comprador establece una temperatura específica; solo advierte que la necesidad de restricción depende del material y del requisito aplicable.

Las probetas que serán rotas deben acondicionarse en el medio de prueba antes del impacto. En medios líquidos, la permanencia mínima debe ser de 5 min. En medios gaseosos, la permanencia mínima debe ser de 30 min. Esta diferencia existe porque la transferencia térmica no es igual en líquidos y gases.

Antes de cada prueba, las pinzas usadas para manipular las probetas deben mantenerse a la misma temperatura que el espécimen. La finalidad es evitar que el contacto con las pinzas modifique la temperatura en la zona de la entalla. Esta precaución es especialmente importante porque la entalla es la zona crítica desde la cual se promueve la fractura.

Después del acondicionamiento, la probeta debe centrarse cuidadosamente en el yunque y romperse con el péndulo. La colocación correcta permite que el impacto actúe en la posición prevista y que el resultado corresponda a la geometría y condición de ensayo controladas.

Si el péndulo no se libera dentro de 5 s después de retirar la probeta del medio de acondicionamiento, la probeta no debe romperse. Debe No romperla y devolverla al medio de acondicionamiento por el periodo requerido. Esta regla evita que una pérdida o ganancia de temperatura durante la transferencia altere el resultado.

No corresponde corregir por cálculo un ensayo ejecutado después de exceder ese tiempo. El control requerido es operativo: si la probeta salió del medio y no se rompió dentro del tiempo permitido, debe regresar al medio para recuperar la condición térmica antes de volver a intentarlo.

Cuando se requiere determinar apariencia de fractura o expansión lateral, las mitades de cada probeta deben recuperarse antes de romper la siguiente. Esta recuperación evita mezclar fragmentos de probetas distintas y permite conservar la trazabilidad de cada valor individual con su espécimen correspondiente.

La energía absorbida es un valor individual del ensayo Charpy. Debe leerse a partir de la máquina de impacto y registrarse con la resolución indicada para el método. Este valor representa la energía absorbida durante la ruptura de esa probeta específica; no debe confundirse con el promedio del lote ni con un criterio de aceptación, ya que esos elementos se evalúan en la etapa de interpretación.

La apariencia de fractura se determina mediante el porcentaje de área de fractura por cizalla. Este porcentaje puede obtenerse por diferentes métodos controlados. El primer método consiste en medir la longitud y el ancho de la porción frágil de la superficie fracturada, conforme al esquema de referencia, y determinar el porcentaje de cizalla con las tablas aplicables.

Cuando las mediciones se realizan en pulgadas, se utiliza TABLE 8 – Percent Shear for Measurements Made in Inches. Cuando las mediciones se realizan en milímetros, se utiliza TABLE 9 – Percent Shear for Measurements Made in Millimetres. Estas tablas funcionan como apoyo documental para convertir mediciones de zona frágil en porcentaje de fractura por cizalla.

La medición de la zona frágil requiere determinar dimensiones promedio de la zona observada. Las notas asociadas al esquema indican que las dimensiones promedio deben medirse con la aproximación indicada para el sistema usado. Esta precisión es necesaria porque el porcentaje de fractura por cizalla depende directamente de las dimensiones medidas.

El segundo método para determinar apariencia de fractura consiste en comparar la superficie fracturada con cartas de apariencia de fractura. Estas cartas permiten estimar el porcentaje de fractura por cizalla mediante comparación visual controlada, no mediante una apreciación libre sin referencia.

El tercer método consiste en magnificar la superficie fracturada y compararla con una plantilla o superposición calibrada. Esta forma de comparación ayuda a reducir la subjetividad cuando la superficie requiere una revisión más detallada.

El cuarto método consiste en fotografiar la superficie fracturada con una magnificación adecuada y medir el porcentaje de fractura por cizalla mediante planímetro. Este método permite trabajar sobre una imagen ampliada y conservar evidencia documental de la superficie analizada.

El porcentaje de fractura por cizalla puede determinarse Midiendo la porción frágil o comparando con cartas/plantillas/fotografías según los métodos indicados. Esta determinación no debe hacerse de forma subjetiva sin método, tabla, carta, plantilla, fotografía o referencia aplicable.

Los valores individuales de apariencia de fractura deben determinarse con aproximación al 5 % de fractura por cizalla. Esta forma de reporte conserva uniformidad entre probetas y evita presentar una precisión mayor que la que corresponde al método de determinación visual o documental.

La expansión lateral es otro valor individual que puede requerirse en el ensayo Charpy. Se entiende como el aumento del ancho de la probeta, medido en milésimas de pulgada, en el lado de compresión opuesto a la entalla. Esta medición se realiza después de la ruptura y depende de la deformación lateral generada durante el impacto.

Antes de medir expansión lateral, debe examinarse cada mitad de la probeta para confirmar que las protuberancias no fueron dañadas por contacto con el yunque, la superficie de montaje de la máquina u otra condición similar. Si las protuberancias están dañadas, la muestra debe descartarse para esta medición porque puede producir lecturas erróneas.

También deben revisarse los lados de la probeta perpendiculares a la entalla para verificar que no se formaron rebabas durante el impacto. Si existen rebabas, deben retirarse cuidadosamente con tela esmeril u otra superficie abrasiva similar, evitando afectar las protuberancias que serán medidas.

La expansión se mide en cada lado de cada mitad fracturada con relación al plano definido por la porción no deformada de ese lado. Las figuras de apoyo muestran cómo unir las mitades de una probeta Charpy rota y cómo usar un medidor de expansión lateral para obtener lecturas consistentes.

Como la trayectoria de fractura rara vez divide exactamente el punto de máxima expansión en ambos lados de la probeta, se toma el mayor valor medido en cada lado. La suma de esos valores representa la expansión lateral de la probeta. Este criterio evita subestimar la expansión cuando el plano de fractura no pasa por el punto máximo de deformación.

Los valores individuales de expansión lateral deben medirse y registrarse a la aproximación de 1 mil, equivalente a 0.025 mm. Esta precisión permite conservar una base uniforme para comparar valores individuales y para relacionarlos con la especificación aplicable cuando esta los requiera.

Si una probeta no se separa en dos piezas después de un solo golpe, debe reportarse como no rota. Existe una excepción controlada: la expansión lateral de una probeta no separada puede reportarse como si fuera de una probeta rota si las mitades articuladas pueden separarse empujándolas juntas una vez y luego separándolas sin fatigar adicionalmente la muestra, y si la expansión medida antes de doblar es igual o mayor que la medida después de separar las mitades.

Cuando una probeta no puede separarse en dos mitades, la expansión lateral puede medirse si los labios de cizalla son accesibles sin interferencia del ligamento articulado deformado durante el ensayo. Esta condición debe documentarse para que el resultado conserve trazabilidad y no se confunda con una medición ordinaria de probeta completamente separada.

El registro operativo debe capturar la temperatura de prueba, el medio de acondicionamiento, el tiempo de acondicionamiento, la condición de las pinzas, el tiempo entre retiro del medio y ruptura, la energía individual, el método utilizado para determinar apariencia de fractura, las mediciones usadas para porcentaje de cizalla, la expansión lateral, la condición de separación de la probeta y cualquier situación particular observada durante la recuperación de fragmentos.

Referencias a tablas, notas y figuras

FIG. 13 – Determination of Percent Shear Fracture funciona como apoyo visual para identificar la zona de fractura por cizalla y la zona frágil. Su función es orientar la medición de la porción frágil y la determinación del porcentaje de cizalla.

TABLE 8 – Percent Shear for Measurements Made in Inches permite determinar el porcentaje de fractura por cizalla cuando las dimensiones se miden en pulgadas. Su uso debe mantenerse vinculado a las mediciones reales de la zona frágil.

TABLE 9 – Percent Shear for Measurements Made in Millimetres permite determinar el porcentaje de fractura por cizalla cuando las dimensiones se miden en milímetros. No debe mezclarse con mediciones tomadas en pulgadas sin conversión controlada.

FIG. 14 – Fracture Appearance Charts and Percent Shear Fracture Comparator funciona como apoyo para comparar la apariencia de fractura y estimar el porcentaje de fractura por cizalla mediante cartas o comparador visual.

FIG. 15 – Halves of Broken Charpy V-notch Impact Specimen Joined for Measurement of Lateral Expansion, Dimension A muestra cómo se reúnen las mitades de una probeta Charpy rota para medir expansión lateral.

FIG. 16 – Lateral Expansion Gauge for Charpy Impact Specimens muestra un dispositivo de medición de expansión lateral. Su función es apoyar la lectura controlada de la deformación lateral posterior al impacto.

FIG. 17 – Assembly and Details for Lateral Expansion Gauge muestra detalles de ensamble del medidor de expansión lateral. Su función es apoyar la comprensión del dispositivo de medición, no sustituir la ejecución del procedimiento.

Conclusión

La ejecución Charpy exige disciplina en temperatura, tiempo, manipulación, ruptura, recuperación y medición. El resultado no depende solo del impacto, sino también del control aplicado antes y después de la ruptura.

La energía absorbida, la apariencia de fractura y la expansión lateral solo son confiables cuando la probeta fue acondicionada, manipulada, rota, recuperada y medida conforme al procedimiento aplicable.

Cada valor individual debe mantenerse asociado a su probeta. Si se pierde esa trazabilidad, se mezclan fragmentos, se rompe fuera del tiempo permitido, se omite el método de apariencia de fractura o se mide expansión lateral sobre protuberancias dañadas, el resultado puede dejar de representar correctamente la condición ensayada.

Pregunta Reflexiva

¿Por qué sería incorrecto romper una probeta Charpy después de exceder el tiempo permitido fuera del medio de acondicionamiento y luego intentar corregir el resultado por cálculo?