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5/20/2018 Informe Lab. N1. Ensayos de Dureza Brinell, Vickers y Rockwell.
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ENSAYO DE DUREZA
Gomer David Garca.*, Kennith Fuenmayor**, Jeison Castillo***
* Universidad Autnoma del Caribe. Barranquilla (Atl). E-mail: [email protected]
** Universidad Autnoma del Caribe. B/quilla (Atl). E-mail:[email protected]
*** Universidad Autnoma del Caribe. B/quilla (Atl). E-mail: [email protected]
Resumen
Este informe presenta la medicin de dureza de varios materiales metlicos empleando
los ensayos Brinell, Vickers y Rockwell. A dems se aplican los conceptos bsicos sobre
medidas y errores a partir de los datos tomados en cada uno de los ensayos
Palabras claves: Ensayo de Dureza Vickers, Brinell y Rockwell, deformacin superficial.
Introduccin
La dureza da una medida de la resistenciade los materiales a la deformacin plstica
localizada, como pude ser la resistencia a
ser rayados por otro materia ms duro, o a
que un penetrador o indentador genere
una huella superficial cuando se aplica de
forma controlada la carga.
El ensayo de dureza es uno de los msempleados en la seleccin y control decalidad de los materiales. Intrnsecamente
la dureza es una condicin de la superficiedel material y no representa ningunapropiedad fundamental de la materia.
Metodologa
Se entiende por dureza de un material lapropiedad de la capa superficial para
resistir la deformacin elstica, plstica ydestruccin, en presencia de esfuerzos de
contacto locales inferidos por otro cuerpo,ms duro, el cual no sufre deformacionesresiduales (indentador o penetrador), dedeterminada forma y dimensiones.
Para su determinacin se utilizan ensayosbasados en la resistencia que oponen losmateriales a ser penetrados por un cuerpoms duro. Estos mtodos consisten enproducir una huella en el material que seensaya aplicando sobre l un penetradorcon una presin determinada, y hallando el
ndice de dureza en funcin de la presinejercida y la profundidad o dimetro de lahuella. Este penetrador va acoplado a unamquina llamada durmetro.
Tres ensayos principales son utilizadospara aceros: Brinell, Vickers y Rockwell.
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Ensayo Brinell
Mtodo de ensayo por indentacin por elcual, con el uso de una maquina calibrada,se fuerza una bola endurecida, bajocondiciones especficas contra la superficie
del material a ensayar y se mide eldimetro de la impresin resultante luegode remover la carga.
El nmero de dureza Brinell (comoesfuerzo de contacto) es la relacin de lacarga P que efecta el indentador esfricode dimetro D, al rea de la superficie dela huella con dimetro d:
HBS o HBW =
La fuerza aplicada vara desde 10 hasta3000 Kgf con un tiempo que oscila entrelos 10 y 30 segundos. El indentadoresfrico puede variar desde 0.625 hasta 10mm.
Ensayo Vickers
La determinacin de la dureza Vickers essimilar a la Brinell ya que se obtiene delcociente de la carga aplicada por la
superficie de la impronta. Sin embargo eneste caso se utiliza una carga pequea y elindentador es un diamante en forma depiramidal de base cuadrada:
Para este caso d hace referencia a ladiagonal de la huella.
Las cargas pueden variar de 1 a 120 kg-f
de las cuales de 30 y 50 kgf son las msusadas.
Ensayo Rockwell
El mtodo Rockwell es un mtodo deensayo por indentacin por el cual, con eluso de una maquina calibrada, se fuerzaun indentador cnico esferoidal de
diamante, o una bola de acero endurecido(acero o carburo de tungsteno), bajocondiciones especficas contra la superficiedel material a ser ensayado, en dosoperaciones, en dos operaciones, y semide la profundidad permanente de laimpresin bajo condiciones especficas decarga.
En la actualidad para determinar lamagnitud de dureza mediante este mtodono se utilizan las relaciones matemticas
que relaciona la profundidad de la huella,ya que los indicadores de las maquinasrealizan de manera automtica dichasrelaciones mostrando directamente elnmero de dureza en sus diales.
Las cargas a aplicas pueden ser con unacarga previa de 10 kgf y con una cargaprincipal que vara entre 50 y 140 kgf.
A continuacin se presenta un cuadrocomparativo de tres tipos de ensayo ms
utilizados para determinar la dureza demetales
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Cuadro comparativo de Ensayos
Resultados
A continuacin se muestran las tablas con
los datos experimentales obtenidos en el
laboratorio
Tipo de extrusora.
Humedad del almidn.
Forma del dado.
Velocidad de rodillos.
Velocidad de Enfriamiento.
1. Propiedades Mecnicas.2. Propiedades Reolgicas.
3. Propiedades Fsicas
Formulacin i
almidn-plastificanteExtrusin de Pelcula
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.
Anlisis de Resultados
A partir del ndice de dureza podemos con
cierto grado de certidumbre determinar qu
tipo de acero estamos tratando. (Para este
caso no encontramos la tabla de acero
inoxidable que relacionara alguno de losndices de dureza o resistencia de tensin)
En aquellos casos donde las mediciones
de dureza que hagamos a un mismo
material nos muestre un valor de error
porcentual media alto, como en el ensayo
Rockwell, podemos determinar los
siguientes factores:
La cara opuesta a la ensayada
presenta una marca. Al ser la pieza ensayada un cilindro,
no se tuvo en cuenta si el radio de
curvatura no fuera menor de 5 mm.
El material sufri un tratamiento
trmico que endureci de manera
no uniforme la su superficie.
A partir del ndice de dureza Brinell
podemos hallar el ndice de resistencia a la
tensin o traccin mediante la relacin
matemtica
500HB (psi)
Observamos y como era de esperarse que
para un mismo material puesto a prueba
en dos ensayos distintos su ndice de
dureza fuera el mismo. (ver Cobre en
ensayo Brinell y Vickers)
Cuestionario I
Explicar los factores que afectan la
dureza de un material
Los factores que afectan la dureza y micro
dureza propiedades mecnicas de un
material dependen de su composicin
qumica, procesos de mecanizado y los
tratamientos trmicos a los que fue
sometido.
Qu limitaciones tiene el ensayo
Brinell?
Las limitaciones que tiene el ensayo Brinell
son:
No puede hacerse sobre materiales
muy duros o muy blandos.
No es vlido para probetas
delgadas. Es recomendable que el
espesor del material sea, al menos,
diez veces la profundidad de la
huella.
No es apta para superficies
endurecidas superficialmente.
No es apta para superficiesendurecidas superficialmente.
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Qu condiciones deben cumplir las
mquinas y probetas para que se
considere que la prueba cumple con las
exigencias de certificacin
internacional?
El estndar ASTM E 10 presenta las
siguientes exigencias:
Para las mquinas de medicin de dureza
Brinell ell diseo debe ser tal que se
excluya cualquier mecimiento o
movimientos laterales del indentador o de
la probeta durante la aplicacin de la
carga. En las mquinas que usan pesos
muertos para la aplicacin de la carga
deben evitarse las sobrecargas al
momento de la aplicacin de la fuerza
causadas por la inercia del sistema.
Para las probetas usadas para la medicin
de la dureza Brinell, deben, para evitar que
el efecto de la indentacin aparezca en el
lado opuesto de la probeta, el espesor de
sta debe ser al menos 10 veces ms que
la profundidad de la indentacin. Cuando
sea necesaria la superficie debe lijada ypulida de manera que se observen con
claridad los bordes de la huella en el
momento de la medicin con la precisin
necesaria. Se debe tener cuidado de no
sobrecalentar la superficie en los procesos
de pulimento.
Cuestionario II
Qu limitaciones tienen el ensayo
Vickers y el Rockwell? Cules son sus
principales ventajas?
Limitaciones ensayo Rockwell
El espesor de la probeta no debe
ser menor de 10 veces el
incremento de penetracin (10h)
cuando el penetrador es el cono de
diamante y 15 veces (15h) cuando
el penetrador es una bolilla.
El ensayo debe ser descartado si la
cara opuesta a la ensayada
presenta una marca por pequea
que sea, ya que esto implica que el
apoyo soport parte de la carga.
Cuando se ensayan piezas
cilndricas su radio de curvatura no
debe ser menor de 5 mm. En
general en estos casos el valor de
dureza obtenido disminuye en
funcin del dimetro del material y
la norma ASTM E18 da los valores
a adicionar a los resultadosobtenidos en el ensayo.
El valor de dureza debe resultar del
promedio de por lo menos tres
mediciones las que debern
efectuarse a una distancia de no
menos de 3 mm.
Limitaciones ensayo Vickers
La superficie a ensayar debe estarcasi pulida.
La carga debe actuar durante 10 s
aunque en algunos casos puede
llegar hasta 30 s.
En aceros dulces los valores HV
pueden variar de 120 a 170,
mientras que en aceros tratados
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trmicamente puede variar entre
800 y 1000.
En general el espesor mnimo de la
probeta debe ser de 1,5 veces la
longitud de la diagonal de la
impresin o lo que es lo mismo 7veces la profundidad h de
penetracin.
Un criterio similar indicado en [6],
expresa que como regla general el
espesor debe ser al menos de 10h.
En algunos casos el espesor de
penetracin puede ser tan solo de
0,065 mm por lo que el mtodo es
aplicable a piezas de poco espesor.
Ventajas del ensayo Rockwell
Mtodo rpido y preciso, que no
necesita de operarios
especializados
Deja huellas ms pequeas que el
mtodo Brinell.
Ventajas del ensayo Vickers
Las huellas son comparables entre
s; independientes de las cargas.
Pueden medirse una amplia gama
de materiales, desde muy blandos
hasta muy duros, llegndose hasta
1.150 HV.
Se pueden medir piezas muy
delgadas con cargas pequeas,
hasta espesores de orden de 0,05
mm.
Puede medirse dureza superficial.(para determinar recubrimientos de
los materiales
La escala Vickers es ms detallada
que la Rockwell; 32 unidades
Vickers = 1 unidad Rockwell
Como es preciso examinar la huella
puede comprobarse el estado del
penetrador.
Puede usarse en superficies no
planas
Sirve para medir todo tipo dedureza.
Cul es la norma ASTM que regula estostipos de ensayos a nivel internacional?Que establece entre sus requerimientos?
Ensayo de dureza Rockwell
El estndar ASTM E 18-03 define ladureza Rockwell como un mtodo de
ensayo por indentacin por el cual, con eluso de una mquina calibrada, se fuerzaun indentador cnicoesferoidal dediamante (penetrador de diamante), ouna bola de acero endurecido (acero ocarburo de tungsteno), bajo condicionesespecficas contra la superficie delmaterial a ser ensayado, en dosoperaciones, y se mide la profundidadpermanente de la impresin bajocondiciones especficas de carga.
El estndar ASTM E18-03 define elnmero de dureza Rockwell como unnmero derivado del incremento neto enla profundidad del indentador cuando lafuerza en el indentador es incrementadadesde una fuerza previa (preliminarespecfica) hasta una fuerza total(especfica) y luego retornada al valor defuerza previa.
El estndar ASTM E 18-79 especifica untiempo de aplicacin de la carga principal
de no ms de 2s, luego del detenimientode la palanca de aplicacin, ademsadvierte lo siguiente: en el caso deensayarse materiales que presentenpequeo flujo plstico o no lo presentenluego de la aplicacin total de la carga, lapalanca debe ser retornadainmediatamente para retirar la cargaprincipal; en el caso de flujo plstico
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considerable, lo que se manifiesta en elmovimiento del puntero del indicadorluego del detenimiento de la palanca deaplicacin de la carga, sta debe serretornada luego de 2s de aplicada lafuerza (detenimiento de la palanca).
Ensayo de dureza Vickers
El estndar ASTM E 92-82 define ladureza Vickers como un mtodo deensayo por indentacin por el cual, conel uso de una mquina calibrada, sefuerza un indentador piramidal de basecuadrada que tiene un ngulo entrecaras especfico, bajo una cargapredeterminada, contra la superficie del
material a ser ensayado y se mide ladiagonal resultante de la impresinluego de remover la carga.
El estndar ASTM E 92 presenta lassiguientes exigencias a las mquinas demedicin de dureza Vickers: el diseodebe ser tal que se excluya cualquiermecimiento o movimientos laterales delindentador o de la probeta durante laaplicacin de la carga.
En las mquinas que usan pesos muertospara la aplicacin de la carga debenevitarse las sobrecargas al momento dela aplicacin de la fuerza causadas por lainercia del sistema. Si el microscopio demedicin est incorporado ste debe
conservar la impronta en el campo ptico,luego de la aplicacin de la carga.
Cules son las relaciones matemticas
entre las diferentes escalas de medicin
de dureza de un material?
Puesto que la dureza no es una propiedad
del material muy definida y debido a las
diferencias experimentales de cada
tcnica, no se ha establecido un mtodogeneral para convertir las durezas de una
escala a otra, Los datos de conversin han
sido determinados experimentalmente y se
ha encontrado que son dependientes del
tipo de material y las caractersticas. La
escala de conversin ms fiable que existe
es la que corresponde a aceros. A
continuacin presentamos una tabla
comparativa entre los tres ensayos
usualmente utilizados.
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Referencias
Mecanica de Materiales, Rusell Hibbeler. 8Ed.
http://www.utp.edu.co/~gcalle/index.htm
http://www.utp.edu.co/~gcalle/index.htmhttp://www.utp.edu.co/~gcalle/index.htmhttp://www.utp.edu.co/~gcalle/index.htm