dureza rockwell
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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍASEDE VIÑA DEL MAR
" JOSE MIGUEL CARRERA "
ING. EJEC. EN MECÁNICA DE PROCESOS YMANTENIMIENTO INDUSTRIAL
ENSAYO Nº 1
" ENSAYO DE DUREZA DE ROCKWELL "
Alumnos : Carlos Acevedo.Cristián Gómez.Miguel Melo.Pablo Valenzuela.
Profesor : Haroldo Romero
.
11 de Abril de 2000.
INDICE
página
Objetivo de la actividad 1
Materiales y equipos utilizados 1
Metodología 4
Desarrollo de la actividad 6
Valores obtenidos para escala B 9
Valores obtenidos para escala C 10
Análisis de valores obtenidos 13
Observaciones 14
Conclusiones 15
Anexos 16
Bibliografía 20
" ENSAYO DE DUREZA DE ROCKWELL "
OBJETIVO
Determinar dureza de Rockwell en seis piezas de diferente material usando en forma
correcta los dos tipos de penetradores, seleccionando y aplicando correctamente las cargas
de ensayo y las escalas de lectura.
MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
1. Durómetro de Rockwell:
Consta de:
a) Un soporte plano de acero lo suficientemente duro y rígido para prevenir su
deformación, el que se encontrará fijado simétricamente debajo del penetrador.
b) Un indicador dial de dureza, el cual esta diseñado para medir la profundidad diferencial,
la lectura del dial corresponde a la cifra de dureza Rockwell del tipo de ensayo
Rockwell realizado.
Cada indicación en el dial o valor de incremento de profundidad del penetrador equivale
a una magnitud de 0,002 mm y representa una unidad de dureza. Este dispositivo deberá
indicar la carga con un error máximo de 1 %.
c) Una palanca lateral para aplicar la carga principal (P1).
d) Una manilla giratoria para elevar el soporte rígido, que además permite la aplicación de
la carga inicial (Po).
e) Indicador de escala.
f) Tornillo regulador de escala, permite ajustar la maquina a la escala deseada.
Esta máquina de ensayo permitirá la aplicación de la carga en forma perpendicular a la
superficie de la pieza, además de permitir la mantención de la carga de trabajo durante el
tiempo especificado de manera constante.
Para ver la ubicación de las partes de durómetro ver anexos.
2. Penetradores:
Para la escala B:
Se utiliza un penetrador esférico de acero templado y de una superficie finamente pulida. El
diámetro de la esfera será de 1,588 mm ± 0,0035 mm, útil también para las escalas F, G,
T-15, T-30 y T-45.
Para la escala C:
Se utiliza un penetrador de forma cónica y con punta de diamante, el ángulo en el vértice
del cono será de 120º y la terminación del cono será de forma casquete esférico, con un
radio de 0,2 mm ± 0,002 mm.
Este tipo de penetrador se emplea también para los ensayos en escala A y D.
3. Calibre patrón de dureza:
La dureza de la probeta deberá estar previamente certificada por un laboratorio oficial en
cinco puntos de su superficie, poseer un grosor mínimo de 4,8 mm y una superficie de 26
mm2. Este calibre patrón se utilizará para calibrar o verificar que el durómetro esté en la
escala correspondiente y en perfectas condiciones para realizar el ensayo.
Nota: Para la escala B, se utilizará un patrón que posee un campo de validez de 65,5 a
67,5 HRB, y para la escala C un calibre con un rango de 62 a 64 HRc.
4. Tabla de equivalencia
EscalaRockwell
Tipo deensayo
Color y situaciónde la escala dondese hace la lectura
Tipo depenetrador
Campo deValidez
Cargainicial
Cargatotal
B Normal Rojo Dentro Bola de acerode 1,588 mm
35 a 100 HRB 10 Kp 100 Kp
C Normal Negro FueraCónico deDiamantede 120º
20 a 71 HRC 10 Kp 150 Kp
5. Piezas de ensayo:
Para este ensayo se utilizarán seis piezas en total; dos para la escala B y cuatro para escala
C.
Escala B compuesta por:
1. Cobre 2. Latón.
Escala C compuesta por:
3. Acero 1045 templado y revenido4. Acero 1045, bloque en V5. Acero inoxidable6. Acero 1020
VER FORMAS Y DIMENCIONES DE LASPIEZAS EN ANEXOS.
METODOLOGÍA:
1. Calibración de la maquina:
Se colocará un calibre patrón para la escala correspondiente sobre el soporte rígido del
durómetro. A continuación se realizarán ensayos consecutivos hasta alcanzar tres
lecturas como mínimo dentro del campo de validez del calibre patrón.
* Los ensayos de calibración se llevarán a cabo con la misma metodología con la que
se realiza un ensayo de probeta cualquiera. (seguir los pasos del 2 al 7)
2. Se ubicará una de las seis piezas sobre el soporte del durómetro, evitando que ocurra el
desplazamiento entre pieza y soporte durante el ensayo.
3. Se aplicará una carga inicial (Po) de forma perpendicular y gradual, la que será igual a
10 Kp para ambas escalas.
La aplicación de esta carga tiene por finalidad:
� Eliminar la influencia de rugosidad de la superficie de la pieza.
� Determinar el punto de partida de la medición de la penetración.
� Establecer por tanto la ubicación correcta del dial de lectura de la dureza, o sea, se
hará coincidir el cero de la escala del dispositivo de medida con la aguja indicadora de la
profundidad de penetración.
4. Se aplicará una carga principal (P1) para la escala B, cuya fuerza será equivalente a 90
Kp y para la escala C será de 140 Kp. El aumento de la carga (P1) hasta su valor límite
deberá ser lento, entre 3 y 6 seg, aplicada en forma uniforme y libre de vibraciones. La
aplicación de esta carga tiene por finalidad determinar la dureza de la pieza con una
carga total para la escala B de 100 Kp y para la escala C de 150 Kp.
5. La carga total ejercida se mantendrá durante 15 seg ó hasta que la aguja del dial
indicador de dureza se estabilice.
6. Se retirará la carga principal (P1) de manera lenta y uniforme, manteniendo la carga
inicial (Po).
La eliminación de esta carga, permite al material recuperar su elasticidad, lo que genera
una elevación del penetrador hasta un determinado punto, que se encuentra expresado
en el dial del durómetro.
7. Para leer el valor de dureza en la escala B, se deberá leer directamente en la escala roja
del dial, ubicada hacia el interior del dispositivo. Para leer el valor de dureza en la
escala C, se deberá leer directamente en la escala negra del dial, ubicada hacia el
exterior del dispositivo.
El resultado del ensayo se expresará en cifras de dureza Rockwell seguidas de la escala
utilizada para este (ej: HRB o HRC).
8. Los pasos del 2 al 7 se repetirán a lo menos 5 veces, por cada pieza, para
posteriormente obtener una media aritmética de los ensayos efectuados.
El valor obtenido será el resultado del ensayo Rockwell.
NOTA: Las penetraciones sobre la pieza deberán efectuarse en puntos cercanos de la
superficie de la misma, manteniendo una distancia de por lo menos 3 mm entre el centro de
una impresión y el borde de la pieza, como también respecto del centro de otra impresión.
9. Se comprobará la calibración de la maquina para verificar que no fue afectada por las
penetraciones del ensayo. Esta calibración final se llevará a cabo de igual forma que la
calibración inicial.
DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD:
REFERENCIA : medición de dureza en los materiales cobre y latón
Etapa 1 : Calibración de la maquina en escala B.
Se procede a ubicar el penetrador de bola de Ø 1,588mm, se calibra la máquina girando el
tornillo superior del durómetro, hasta llegar a la marca de la escala en cuestión. Luego se
montó el patrón para escala B en el soporte, girando la llave del soporte se pone en contacto
la pieza con el penetrador. Se gira hasta que la aguja del dial de dos vueltas, quedando en el
punto "cero" (aplicación carga inicial).
A continuación se gira la manilla lateral, que aplica P1 , de forma lenta y uniforme.
Se espera 15 segundos y se retira la carga principal (P1). Luego se observa la lectura.
Este procedimiento se realizó en 9 oportunidades. Para posteriormente, de las lecturas,
obtener una media aritmética, la que corresponde a 67,2 HRB. Como el resultado obtenido
corresponde al campo de validez mostrado por la probeta, se saca definitivamente el patrón
y se procede a la mediciones de los materiales.
Etapa 2 : procedimiento de medición de dureza.
Se colo
contac
princip
(esta fa
se hall
Nota: esta actividad tiente un procedimiento común, pero se efectúa porseparado según sea el material, es decir, se realizan los cinco ensayosconsecutivos de una misma pieza y luego los otros cinco de la otra pieza.La lectura consignada queda registrada.
ca el material en el soporte, se levanta con la llave del mismo, hasta que estén en
to la pieza y el penetrador, luego bajamos la manilla lateral para aplicar la carga
al. Transcurrido 15 s levantamos la manilla observamos la lectura y la registramos
se se realizó 5 veces cuidando de no iniciar la medición sobre un área en la que ya
a realizado otro ensayo).
Con los resultados obtenidos de las lecturas de los materiales se obtienen las siguientes
medias aritméticas:
Cobre 64,1 HRB
Latón 47,2 HRB
Etapa 3 : calibración final.
Se efectuó una calibración final, para esto procedemos de igual forma que la calibración
inicial, siendo en este caso la media de las lecturas, después de cinco ensayos igual a
66,2 HRB.
REFERENCIA : medición para los materiales:
Pieza de acero 1045, templado y revenido.
Pieza de acero 1045, bloque en V.
Pieza de acero inoxidable.
Pieza de acero 1020.
Etapa 1 : calibración de la maquina.
El procedimiento de calibración, en aspectos generales fue igual al de la experiencia nº1.
No obstante se registraron las siguientes variantes:
a) el penetrador de bola de Ø 1,588mm cambia a penetrador cónico con punta de diamante
de 120º.
b) la utilización de probeta normalizada para escala C, en vez de el calibre patrón para
escala B.
c) variación de los resultados de la lectura, cuya media fue 63,0 HRc, después de 4 ensayos
con resultados dentro del rango de validez del patrón (62 a 64 HRc).
Etapa 2 : medición de dureza.
Las medias resultantes de las diversas mediciones son
Pieza de acero 1045 templado y revenido 57,9 HRc.
Pieza de acero 1045 bloque en V 45,4 HRc.
Pieza de acero inoxidable 54,3 HRc.
Pieza de acero 1020 7,5 HRc.
Etapa 3 : calibración final
Fue la última etapa del ensayo y consistió en proceder de igual forma que la calibración
inicial siendo la media aritmética de las lecturas 62,8 HRc.
VALORES OBTENIDOS PARA LA ESCALA B
En la calibración inicial los valores fueron:
Ensayo Nº Persona Resultado1 M.M. 67,0 HRB
2 C.G. 71,0 HRB
3 C.A. 68,0 HRB
4 P.V. 66,0 HRB
5 M.M. 69,0 HRB
6 C.G. 68,0 HRB
7 C.A. 65,0 HRB
8 P.V. 65,0 HRB
9 M.M. 66,0 HRB
PROMEDIO 67,2 HRB
En la pieza de cobre (# 1):
Ensayo Nº Persona Resultado1 C.A. 64,0 HRB
2 P.V. 63,5 HRB
3 M.M. 62,0 HRB
4 C.G. 67,0 HRB
5 C.A. 64,0 HRB
PROMEDIO 64,1 HRB
En la pieza de latón (# 2):
Ensayo Nº Persona Resultado1 P.V. 48,0 HRB
2 M.M. 40,0 HRB
3 C.G. 46,0 HRB
4 C.A. 49,0 HRB
5 P.V. 53,0 HRB
PROMEDIO 47,2 HRB
Calibración final:
Ensayo Nº Persona Resultado1 M.M. 67,0 HRB
2 C.G. 67,0 HRB
3 C.A. 66,0 HRB
4 P.V. 65,0 HRB
5 M.M. 66,0 HRB
PROMEDIO 66,2 HRB
VALORES OBTENIDOS PARA LA ESCALA C
En la calibración inicial los valores fueron:
Ensayo Nº Persona Resultado1 C.G. 62,0 HRC
2 C.A. 63,0 HRC
3 P.V. 63,5 HRC
4 M.M. 63,5 HRC
PROMEDIO 63,0 HRC
En la pieza de acero 1045 templado y revenido (# 3):
Ensayo Nº Persona Resultado1 C.A. 57,5 HRC
2 P.V. 57,5 HRC
3 M.M. 58,0 HRC
4 C.G. 58,0 HRC
5 C.A. 58,5 HRC
PROMEDIO 57,9 HRC
En la pieza de acero 1045, bloque en V (# 4):
Ensayo Nº Persona Resultado1 P.V. 44,5 HRC
2 M.M. 48,5 HRC
3 C.G. 44,5 HRC
4 C.A. 46,5 HRC
5 P.V. 43,0 HRC
PROMEDIO 45,4 HRC
En la pieza de acero inoxidable (# 5):
Ensayo Nº Persona Resultado1 C.A. 52,0 HRC
2 P.V. 54,5 HRC
3 M.M. 53,5 HRC
4 C.G. 56,0 HRC
5 C.A. 55,5 HRC
PROMEDIO 54,3 HRC
En la pieza de acero 1020 (# 6):
Ensayo Nº Persona Resultado1 P.V. 8,0 HRC
2 M.M. 7,0 HRC
3 C.G. 7,0 HRC
4 C.A. 8,0 HRC
5 P.V. 7,5 HRC
PROMEDIO 7,5 HRC
Calibración final:
Ensayo Nº Persona Resultado1 M.M. 62,5 HRC
2 C.G. 63,0 HRC
3 C.A. 63,5 HRC
4 P.V. 62,0 HRC
PROMEDIO 62,8 HRC
Análisis de valores obtenidos:
Con el análisis del gráfico anterior, podemos afirmar que los materiales fueron clasificados
adecuadamente según su dureza en la escala correcta. Ya que el resultado de los ensayos
estuvieron dentro del campo de validez de la escala a la que pertenecen. Por ejemplo.
En la escala B, realizamos ensayos en el cobre y en el latón, cuyos resultados fueron
64,1 y 47,2 HRB respectivamente. Siendo el campo de validez de esta escala de 35 a
100 HRB.
Pero en la escala C, ocurrió algo distinto. De los ensayamos con los siguientes
materiales, obtuvimos como resultado:
Pieza de acero 1045 templado y revenido 57,9 HRc.
Pieza de acero 1045 bloque en V 45,4 HRc.
Pieza de acero inoxidable 54,3 HRc.
Pieza de acero 1020 7,5 HRc.
Siendo el campo de validez de esta escala de 20 a 71 HRC , el acero 1020 arrojo un valor
fuera del rango, por lo que deducimos que este material debió ser analizado en otra
escala, con un campo de validez con cifras mas pequeñas, y donde se aplique otro valor
de carga.
Por otro lado entre los ensayos de cada pieza notamos una variación en las cifras leídas del
dial, esto lo asociamos con el tiempo que mantuvo la aplicación de la carga cada uno de los
integrantes del grupo, recordando que se fueron alternando los ensayos de una misma pieza.
OBSERVACIONES:
1. Se debe calibrar la maquina al inicio y al final de una serie de ensayos en una misma
escala.
2. Verificar que este aplicada correctamente la carga inicial de 10 Kp, para lo cual, la
aguja debe pasar dos veces por el cero, y a la tercera vez quedar allí.
3. Después de aplicar la carga inicial Po = 10 Kp, se debe coincidir la aguja con el cero
del dial indicador de dureza, tratando de que la aguja este vertical y apuntando hacia
arriba.
4. Para comprobar la validez del ensayo se deben realizar al manos 5 ensayos.
5. Una vez realizadas las cinco mediciones de una misma pieza, y con las lecturas
obtenidas, calcularemos la media aritmética que nos entregará el resultado del ensayo
Rockwell.
6. Se evitará hacer una nueva penetración sobre otra penetración.
CONCLUSIONES:
1. El ensayo Rockwell es uno de los mas utilizados, porque no constituye una gran perdida
de material, incluso es posible reutilizar la pieza.
2. Este tipo de ensayo es fácil de llevar a cabo, porque no implica mayores cálculos
matemáticos y el resultado de cada ensayo se obtiene de la directa lectura del dial.
3. Es un ensayo que nos deja como resultado, después del calculo de la media aritmética,
un valor bastante exacto sobre la dureza del material.
4. El ensayo Rockwell es de amplia aplicación pues se puede utilizar tanto en materiales
duros como blandos.
5. Es fácil el reconocimiento de resultados erróneos, porque varia mucho la lectura entre
un ensayo y otro.
6. Es fácil determinar si hemos aplicado a una pieza, una fuerza de una escala que no
corresponde, porque los resultados no están dentro del campo de validez de la escala.
Por ejemplo lo ocurrido con la pieza # 6 (acero 1020) cuya media aritmética fue
7,5 HRc, siendo el campo de validez de esta escala de 20 a 71 HRc.
7. Se conoció y aprendió a utilizar una máquina de dureza Rockwell.
8. Se logró determinar la dureza Rockwell en las escalas B y C , en los materiales
entregados en laboratorio.
9. Por la rapidez y sencillez de los ensayos se pueden efectuar numerosos en muy poco
tiempo y así verificar la autenticidad de los resultados.
BIBLIOGRAFÍA
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CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES.
Donald R. Askeland.
Publicación México: International Thomson Editores.
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PRACTICAL METALLURGY AND MATERIALS OF INDUSTRY.
John E. Neely.
APUNTES DE CLASES.