Charpy-ren talka-saiakuntza

Material bat karakterizatzeko beharrezkoak diren ezaugarrien artean zailtasuna dago. Charpy-ren talka-saiakuntza erabiltzen da materialen zailtasuna esperimentalki kuantifikatzeko. Zailtasunak materiala hautsi aurretik xurga dezakeen  energia-kantitatearen balioa adierazten du.

Charpy-ren talka-saiakuntzan, makinan honako atal nagusi hauek bereizten dira: 
 Pendulua eta mailua.
 Probetaren jesarlekua.
 Neurgailua (eskala).

Saiakuntzaren hasieran, pendulua altuera jakin batean kokatzen da; ondoren, geldiunetik askatzen da. Pendulua bertikaletik pasatzean, mailuak probetaren aurka talka egingo du. Talkaren ondorioz, probeta hausten da, eta jarraian, pendulua altuera berri batera igoko da. 

Energia-kontserbazioaren printzipioaren arabera:

“Energia ez da sortzen ezta xahutzen, transformatu baizik”.

Energiaren kontserbazio-printzipioaeta saiakuntzan eragiten duten faktore bakarrak altuera-diferentzia eta makinaren funtzionamenduak eragindako marruskadurak direla kontutan hartuz, honako adierazpena lortuko dugu: 

Charpy-ren makinak daukan neurgailuaren bitartez saiakuntza bat egitean, zuzenean lortuko dugu energía potentzialaren aldakuntzaren balioa.

Energia potentzialaren aldakuntza, marruskaduraren ondorioz xahuturiko energia eta probetak haustean xurgaturiko energia-kantitatearen arteko batura izango da. Probetak xurgaturiko energia-kantitatea kalkulatu nahi badugu, Charpy-ren talka-saiakuntzan lortutako balioari funtzionamenduagatik sortutako marruskaduraz xahuturiko energia kendu beharko diogu. 

Marruskaduraren ondorioz galdutako energia kalkulatzeko lehenik probeta jarri gabe saiakuntza bat gauzatuko dugu. Horrela, penduluko eskalak marruskadura zenbateko energia suposatzen duen  adieraziko digu.

Beraz, entseguan lortutako balioari, marruskadurarengatik sortutako energia-galera kenduz, materialak haustean xurgatutako energia-kantitatearen balioa lortuko dugu; hau da, zailtasuna.

Prozedura  
Charpy saiakuntza EN 10045-1 arau europarraren arabera normalizaturik dagoen entsegua da. Arauak saiakuntza ondo gauzatzeko bete behar diren hainbat espezifikazio eta jarraitu beharreko prozedura azaltzen ditu, parte hartzen duten faktore ezberdinak aztertuz. Ondoren, arau honetan oinarriturik, saiakuntza on bat gauzatzeko kontuan hartu beharrekoak laburtuko ditugu, jarraitu beharreko pausuak adieraziz. 

Hasteko, aztertu nahi dugun materialaren probetak lortu beharko ditugu. Probeta hauek ezin dira edozein formakoak izan. Saiakuntza ondo egiteko probetek neurri zehatz batzuk izan beharko dituzte EN 10045-1 araudiaren arabera. Lehenik, materialetik  55x10x10 mm-ko dimentsioak dituen probeta mozten da.

Hau egin eta gero, probetari arteka bat egiten zaio.Talka gertatzean, probeta artekatik apurtuko da. Entseguan aztertzen ari garen materiala kontuan hartuz, artekak bi motakoak izan daitezke: Probetaren materiala hauskaitza bada,  triangelu-formakoa ("V" itxurakoa) izan ohi da, bestalde, hauskorra izatekotan egindako arteka karratu forma ("U" itxurakoa) izango du. Adibide gisa, altzairuzko probetei egindako arteka triangelu itxurakoa izaten da, eta burdinurtuei egindakoa, ordea, karratu formakoa. 

Probetaren neurriak arauaren zehaztapenetara egokitzen direla ziurtatu eta gero, penduluaren euskarrian kokatu beharko dugu. Probeta ondo zentratuta egon behar da, zuzen eta arteka talka emango den gainazalaren aurkako aldera begira jarriz. 

Ondoren, pendulua altuera jakin batetik askatzen da. Altuera horretan eskalak adierazten du hasierako energia. Oszilatzean, penduluak orratza altuera berriraino bultzatzen du, talkan galdutako energiaren balioa lortuz. Hala ere, galduriko energia guztia ez da talkaren ondorioa. Aurretik esan dugun moduan, zati bat makinaren funtzionamenduak eragindako marruskaduraren ondorioz galtzen da. Marruskaduragatik galdu den energia estimatzeko pendulua inongo oztoporik gabe oszilatzen jartzen da. 

Bukatzeko, esan beharra dago Charpy saiakuntzan marruskaduraz gain beste hainbat faktore eragiten dutela. Hala nola, penduluaren pisua, honek zein abiadurarekin egiten duen talka probetarekin, etab. Faktore hauek guztiak lehen aipaturiko EN 10045-1 araudian finkaturik datoz. Izan ere, eragiten duten faktore hauek makina batetik bestera ezberdinak balira, egindako neurketak ez lirateke konparagarriak izango. Hala ere, materialaren zailtasunean asko eragiten duen faktore bat dago, eta saiakuntza gauzatzerakoan kontuan hartu behar da. Faktore hori tenperatura da, eta hurrengo puntuan ageri den adibidearen bitartez zailtasunean eta Charpy saiakuntzan ze nolako eragina duen aztertuko dugu.

Saiakuntza baten adibidea 

Charpy-ren talka-saiakuntza ondo ulertzeko, adibide erreal bat azalduko dugu. C45E altzairuzko hiru probeta erabili dira tenperatura ezberdinetan: Lehenengoa giro-tenperatuan, bigarrena 100 °C-etan eta azkenik, hirugarrena, 220 °C-etan. Eginiko hiru saiakuntza horietan lortutako balioak honako taulan ikus ditzakegu:

 

Taulan ikusten den bezala, materialak zenbat eta tenperatura handiagoa izan energia-kantitate handiagoa xurgatzen du apurtu aurretik, hau da materialaren zailtasuna altuagoa izango da. 

Izan ere, altzairuak, tenperatura-eremu jakin batean, portaera harikorra izaten du, eta hortik at, berriz, portaera hauskorra. Bi eremu hauen arteko mugari, harikortasun-hauskortasun trantsizio-tenperatura (Tk) deritzo.

Hiru saiakuntza soilik egin ditugunez, zaila da datu hauekin kurba zehatza lortzea. Baina probetei erreparatuta, zenbait desberdintasun antzematen dira euren gainazaletan. 

·        21 °C-ko probetan haustura guztiz hauskorra eman da. Ez da inolako deformazio plastikorik antzematen. Haustura-planoa guztiz zuzena izan da, eta haustura-gainazala kristalinoa da. Hau gehienbat, tenperatura horretan irristapen-sistema nahikorik ez dagoelako ematen da. Edota dislokazioak ezin direlako azkar nahiko higitu, eta beraz, plano kristalografiko trinkoei jarraituz haustura, edo dekohesioa, ematen da.

·        200 °C-ko probetan, aldiz, haustura harikorra gertatu da. Apurtu aurretik probeta plastikoki deformatu dela ikusten da, alboetan batez ere. Probetaren aldeetan ez dira ebaketa zuzenak ikusten, eta haustura-gainazala haritsua da. Tenperatura altuetan, dislokazioen higiduraren ondorioz materiala plastikoki deformatzen da. 

·        100 °C-ko probetan, berriz, haustura tartekoa da. Azalaren zentroan, haustura hauskorra ematen da, baina bere inguruan, haustura harikorra gertatu da.

Erreferentziak

Bibliografia 
  CEN (European Committee for Standardization), March 1990. Metallic materials - Charpy impact test -Part 1: Test method. EUROPEAN STANDARD - EN 10 045-1. 
  Arturo Hernández Rodríguez (1977). Estudio y diseño de un Péndulo de Charpy.

Kanpo estekak 

Materialen zientzia