dureza brinell
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DUREZA BRINELL
FUNDAMENTO TEÓRICO
Para el desarrollo de la experiencia que debemos tener claramente la definición de dureza:
DUREZA : Se entiende por dureza la propiedad de la capa superficial de un material de
resistir la deformación elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos de
contacto locales inferidos por otro cuerpo, más duro, el cual no sufre deformaciones
residuales (indentador o penetrador), de determinada forma y dimensiones.
Un análisis de la anterior definición nos lleva a las siguientes conclusiones:
1) la dureza, por definición, es una propiedad de la capa superficial del material, no del
material en sí;
2) los métodos de dureza por indentación presuponen la presencia de esfuerzos de contacto,
por lo tanto la dureza puede ser cuantificada como tal;
3) el indentador o penetrador no debe sufrir deformaciones residuales.
DUREZA BRINELL
Según el estándar ASTM E 10-78 es aquel método de ensayo por indentación por el cual,
con el uso de una máquina calibrada, se fuerza una bola endurecida, bajo condiciones
específicas, contra la superficie del material a ensayar y se mide el diámetro de la impresión
resultante luego de remover la carga.
Puede generarse por depresión
O por craterización
Ateniéndonos a la definición, el número de dureza Brinell (como esfuerzo de contacto), es
la relación de la carga P que efectúa el indentador esférico de diámetro D, al área de la
superficie de la huella:
HB = Pπ D
2( D − √ D2 − d2 )
Como también la siguiente formula
HB = Pπ D f
Donde
D= Diámetro de la bola .d= Diámetro de la huella .f = Profundidad de penetracion
de la bola .
MÉTODO ESTANDAR:
El método estándar como tal se realiza bajo las siguientes condiciones:
Diámetro de la bola (D) : 10 mm
Carga (P): 3000 kgf
Figura 1: didáctica
ECUACIÓN 1
ECUACIÓN 2
TABLA 1
Duración de la carga (t): 10 ... 15 s
DENOMINACION DE LA DUREZA BRINELL
En el caso de realizarse el ensayo bajo estas condiciones el número de dureza Brinell se
denota sin ningún sufijo. Ejemplo:
220 HB
Esta notación indica una dureza Brinell de 220 bajo las condiciones estándar arriba
nombradas. (10/3000/15).
Si por alguna razón no pueden aplicarse las condiciones estándar es posible aplicar cargas
menores y utilizar indentadores esféricos de diámetros menores (estas mediciones no se
consideran como estándar). En este caso la obtención de resultados comparables de los
ensayos exige la observación del criterio de semejanza que para el caso dado corresponde a
la constancia de la relación de la carga respecto al cuadrado del diámetro de la bola
(obsérvese la fórmula de dureza), es decir,
P: Carga en kg.
K: Factor de acuerdo al tipo de material.
D: Dímetro de la bola
P = K x D
FACTORES DE CARGA
Hierro y aceros...................... …………. K = 30
Cobre, bronce y latones........................... K = 10
Aleaciones ligeras, aluminio................... K = 5
Estaño y plomo..................... ………….. K = 2,5
TABLA 2
Se toma esta relación según la naturaleza y dureza supuesta del material investigado.
En el caso de realizarse el ensayo bajo condiciones distintas a las estándar y atendiendo a la
consideración anterior, la dureza Brinell se denota también como HB, pero con la adición
de sufijos que indiquen el diámetro de la bola, la carga y el tiempo de aplicación de la
misma.
HB (D/P/T) D: diámetro de la bola en mm.
P: la carga en Kg.
T: el tiempo de duración del ensayo en seg.
Así por ejemplo: HB (10/3000/30)
DETERMINACION DEL PORCENTAJE DE CARBONO
Se puede obtenerse aproximadamente el contenido de carbono, para ACEROS AL
CARBONO, si se conoce la dureza Brinell, mediante la fórmula:
INDENTADORES.
La bola estándar para el ensayo de dureza Brinell debe tener 10 mm de
diámetro con una desviación no mayor de 0,005 en cualquiera de los
diámetros. Las bolas más pequeñas tienen diámetros y tolerancias como se
muestra en la siguiente tabla.
Diámetro de la bola [mm] Tolerancia [mm]
desde 1 a 3 incluido 0,0035
más de 3 hasta 6 incluido 0,004
más de 6 hasta 10 incluido 0,0045
% C = HB − 80141 ECUACIÓN 3
PROCEDIMIENTO
Para obtener la dureza Brinell de la superficie de una fundición de aluminio de
perfil grueso se realizó los siguientes cálculos:
1. Se aproxima la muestra con al indentador mediante la mesa con un
giro antihorario, luego para presiona la muestra con una bola de acero
con un diámetro determinado de ∅10 mm.se accionó la palanca 1 la
cual es responsable del accionamiento hidráulico para la fuerza.
2. La bola se mantuvo un tiempo bajo la carga P cuyo tiempo fue 15.8 s
3. Luego de retirada la carga volviendo la palanca a su posición inicial, se
miden dos diámetros, con ayuda de un microscopio. Se debió tomar el
valor medio de los diámetros (d) pero solo se trabajó con la horizontal
el cual es 4.210mm.
MAQUINARIA
DE MEDIDA.
En el ensayo Brinell se usó el siguiente
escleroscopio:
MARCA
A-D AVERY DENISON LIMITED
LEEDS LSIOZDE ENGLAND
CODIGO DE LA MAQUINA: 6403/D/T84298
CAPACIDAD: 3000 Kgf
PROCEDENCIA: INGLATERRA
MATERIAL UTILIZADO: Se usó una fundición de aluminio de perfil
grueso, con las dimensiones .
CÁLCULOS Y RESULTADOS
1. Hallando la dureza Brinell
Usando la derivación de la ecuación 1:
HB = Pπ D
2( D − √ D2 − d2 )
Dónde: P=Kx D 2 D=∅ 10 mm d=∅ 4.210 mm
Como estamos trabajando con aluminio viendo la tabla 2 (k = 5)
Reemplazando:
75.9mm
17.65mm
11.8mm
∅4.210mm
HBalu minnio =5 x (10)2
π 102
(10 − √102 − 4 . 2102 )
= 34.249 HB
∴ la denominación es 340249HB (10/500/15.8)
2. Hallando la profundidad
Usando la ecuación 2:
HB = Pπ D f
Usando el resultado anterior se tiene:
34 . 249 HB =5 x (10)
π x 10 x f
2
f= 0.4647 mm
3. Comparando con tablas y % de error
Viendo la tabla de dureza respecto a la huella dejada
Diámetro de la huella Dureza Brinell (P=3000Kgf)4.21 mm 205HB
Pero como hemos trabajado con P=500Kgf según tabla seria: 34.17HB
Comparando:
En laboratorio En tablas34.249HB 34.17HB
Hallando el porcentaje de error:
% erro=34.24934.17
x 100 %=100.2312 %
Error es igual a 23.12%
ANEXOS 1
TABLA DE DUREZA BRINELL RESPECTO A LA HUELLA DEJADA
La tabla esta relaciona para carga P = 3000Kgf
OBSERVACIONES
Al momento del accionamiento de la palanca se debio tener en cuenta el tiempo
hasta que en la pantalla se manteniera, lo cual no fue exacto
La pesa que se uso, no se contrasto si era lo que indicaba la norma o lo que debe ser
equivalente para trabajar con 500Kgf.
El monitor de la experiencia nos comento que el aceite hidraulico no estaba a tope,
osea falta el llenado de este.
La media del diametro es la media tanto del diametro horizontal y vertical, pero en
la experiencia solo se trabajo con la horizontal.
Por mas q se uso el microscopio este requiere de una aproximacion a la linea
extrema, lo cual induce al error.
CONCLUSIONES
Se pudo apreciar que la huella dejada es mas notoria comparable con los otros
metodos de dureza.
Es el unico de los metodos en los que en su notacion va el intervalo de tiempo como
tambien en el procedimiento dependiendo del material como muestra la siguiente
tabla.
Se produjo un margen de error lo cual es justificacle por:
La muestra ya presentaba deformacion, lo cual de cierta manera perturba las
zonas alredor.
MATERIAL TIEMPOHierros y aceros 10 a 30 segundosCobre, bronces y latones 30 segundosAleaciones ligeras 60 a 120 segundosEstaño y plomo 120 segundosMateriales muy blandos 120 segundos
El tiempo en que estuco con la carga no fue según tablas.
La medida del diametro por mas que fue en un microscopio siempre prodece
margenes de error.
En el uso del peso muerto para la aplicación de la carga no se
comprobó si estaba en la medida indicada para no generar las
sobrecargas al momento de la aplicación de la fuerza causadas
por la inercia del sistema.
Se constato mientras mas pulida la superfice, mas notoria es la huella.
Las dimensiones del perfil de aluminio cumplia con los intervalos de prueba según
norma
RECOMENDACIONES
El diseño de la maquina debe excluir cualquier mecimiento o
movimientos laterales del indentador o de la probeta durante la
aplicación de la carga por ende deben estar bien ajustadas.
En la máquina que uso un peso muerto para la aplicación de la carga
debe contrastarse que esta se la medida indicada para no generar las
sobrecargas al momento de la aplicación de la fuerza causadas por la
inercia del sistema.
Cuando sea necesario la superficie debe ser lijada y pulida de manera
que se observen con claridad los bordes de la huella en el momento de
la medición con la precisión necesaria.
Se debe tener cuidado de no sobrecalentar la superficie en los procesos
de pulimento.
