elaborado por: ing. enrique j. garcía colina · de modo de asegurar un buen contacto entre la...

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE MIRANDA”

PUNTO FIJO – ESTADO FALCÓN

LABORATORIO DE CIENCIAS DE LOS MATERIALES DEPARTAMENTO DE MECÁNICA Y TECN. PRODUCCIÓN

UNEFM

Elaborado por: Ing. Enrique J. García Colina




UNEFM

Objetivo general:

Determinar experimentalmente la dureza Rockwell.

Objetivos específicos:

Mostrar tipos de durezas, procedimiento para realizar el ensayo, preparación de la muestra.

Conocer las principales partes del durómetro DUPLEX 713 marca HOYTOM S.L

Comparar la dureza de los materiales tratados térmicamente.

Fundamentación teórica.

La dureza es una condición de la superficie del material, no representa ninguna propiedad de la materia y está

relacionada con las propiedades elásticas y plásticas del material. Si bien, es un término que nos da idea de

solidez o firmeza, no existe una definición única acerca la dureza y se la suele definir arbitrariamente en

relación al método particular que se utiliza para la determinación de su valor. De esta manera algunas

definiciones son:

1) Resistencia a la identación permanente bajo cargas estáticas o dinámicas (dureza por penetración)

2) Absorción de energía bajo cargas de impacto o dinámicas (dureza por rebote)

3) Resistencia a la abrasión (dureza por desgaste)

4) Resistencia al rayado (dureza por rayado).

Independientemente de las definiciones enumeradas, en general podemos decir que la Dureza puede definirse

como la cantidad de energía que absorbe un material, o la resistencia que ofrece el mismo para ser penetrado,

rayado y a la abrasión. Esta se mide forzando la indentación de un penetrador en la superficie del metal. El

penetrador, que normalmente tiene forma de bola, pirámide o cono, está fabricado con un material mucho más

duro que el material a ensayar. Por ejemplo, el empleado en estos penetradores suelen ser de aceros templados,

carburo de tungsteno o diamante.

Tipos de durezas:

Dureza Brinell, Vickers y Knoop

Estos métodos de determinación de dureza, están limitados a probetas cuyo espesor sea mayor a 10 veces la

profundidad “h” de la impresión, para el caso de la dureza Brinell y 1,5 veces la diagonal mayor de la

impresión, para las durezas Vickers y Knoop, de forma tal que sobre la cara opuesta de la superficie ensayada

no aparezca ninguna deformación después de efectuado el ensayo. Para el ensayo de superficies curvas, el radio

de curvatura debe ser mayor de 25 mm, para una bola de 10 mm de diámetro en la dureza Brinell; y debe ser




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mayor de 5 mm, para las durezas Vickers y Knoop. Un radio de curvatura menor a los señalados será objeto de

convenios especiales entre las partes interesadas. No se recomiendan los ensayos de dureza Brinell por encima

de 627 BHN.

DUREZA BRINELL

El ensayo de dureza Brinell consiste en presionar la superficie del material a ensayar con una bolilla de acero muy

duro o carburo de tungsteno, produciéndose la impresión de un casquete esférico correspondiente a la porción de la

esfera que penetra ver figura. El valor de dureza, número de Brinell HB, resulta de dividir la carga aplicada P por la

superficie del casquete, (ver figura 1) por lo que:

𝐻𝐵 =P

𝜋𝐷𝐻[𝐾𝑔

𝑚𝑚2]

La profundidad h del casquete impreso se mide directamente en la máquina, mientras la carga se mantiene aplicada

de modo de asegurar un buen contacto entre la bolilla y el material.

Dureza Vickers

El penetrador, en este caso consiste en una pirámide de diamante, recta de de base cuadrada, cuyo ángulo entre

caras opuestas por el vértice debe ser iguala 136° con una tolerancia de ± 0,5° (Véase Fig 2a). Las cuatro caras

del penetrador deben estar igualmente inclinadas respecto al eje del mismo, con aproximación de 0,5° y en caso

de no encontrarse en un punto geométrico, la arista que une dos caras opuestas debe ser de una longitud inferior

a 0,5 μm (Véase Fig. 2b).

d

P

D

Fig. 1. Esquema básico de un ensayo Brinnell

β




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Dureza Knoop

Consiste en una pirámide de

diamante, recta de base rómbica, cuyos ángulos en los bordes longitudinales y transversales son de 172° 30 min

(± 5 min) y 130° 0 min respectivamente. (Véase Fig. 3a.). En caso de que las caras no se encuentren en un

punto geométrico, la arista que une dos caras opuestas debe ser de una longitud inferior a 1 μm . (Véase Fig.

3b).

Fig. 2a Fig. 2b

Fig. 3a

3a

Fig. 3b




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Dureza Rockwell.

El estándar ASTM E 18-79 define la dureza Rockwell como un método de ensayo por indentación por el cual,

con el uso de máquinas calibradas, se fuerza un indentador cónico-esferoidal de diamante (penetrador de

diamante), o una bola de acero endurecido, bajo condiciones específicas contra la superficie del material a ser

ensayado, en dos operaciones, y se mide la profundidad permanente de la impresión bajo condiciones

específicas de carga. Entre el número de Rockwell y la profundidad de la impronta h existe la siguiente

dependencia:

Para el cono de diamante

𝐻𝑅 = 100 −h

0,002

Para las bolas de acero

𝐻𝑅 = 130 −h

0,002

De estas fórmulas se deduce que cada unidad de dureza Rockwell corresponde a una penetración de 0,002 mm y que

el valor de dichas unidades debe ser restado de cierto “tope” para que haya coherencia; a menor profundidad de

penetración mayor será el número de Rockwell y viceversa.

En la práctica no hay necesidad de usar estas fórmulas, ya que los indicadores de las máquinas de Rockwell de

manera automática realizan estas operaciones, como es nuestro caso, que para el ensayo utilizaremos un durómetro

en donde se puede leer de manera directa la dureza de la pieza ensayada.

1. De la pieza a ensayar :

La prueba se llevará a cabo en una superficie lisa y uniforme que está libre de cascarilla de óxido, materia

extraña, y en particular, completamente libre de lubricantes. Se hace una excepción para metales reactivos,

tales como el titanio, que pueden adherirse al penetrador. En tales situaciones, un lubricante adecuado, tal

como queroseno puede ser utilizado. De ser el caso debe quedar por escrito en el informe.

La preparación debe llevarse a cabo de una manera tal que no se altere la dureza de la superficie (por

ejemplo, debido al calor o trabajo en frío).

El espesor de la pieza a ensayar debe ser lo indicado en la tabla 1 y 2, las cuales fueron diseñadas, sobre

estudios realizados a tiras de acero al carbono los cuales dan resultados fiables. Para todos los demás

materiales se recomienda que el espesor deba exceder 10 veces la profundidad de indentación, con un

indentador de diamante, y de 15 veces con otros indentadores. En ningún caso la deformación o penetración

debe ser visible en la parte posterior de la pieza ensayada.




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Tabla N° 1

ESPESOR MÍNIMO ESCALA ROCKWELL

A C

IN MM Lectura de la dureza Dureza aproximada

escala *C

Lectura marcada

0.014 0.36

0.016 0.41 86 69

0.018 0.46 84 65

0.020 0.51 82 61.5

0.022 0.56 79 56 69

0.024 0.61 76 50 67

0.026 0.66 71 41 65

0.028 0.71 67 32 62

0.030 0.76 60 19 57

0.032 0.81 52

0.034 0.86 45

0.036 0.91 37

0.038 0.96 28

0.040 1.02 20

*Estos valores son aproximados y solo se usan para seleccionar una escala adecuada.

Tabla N° 2

ESPESOR MÍNIMO ESCALA ROCKWELL

F B

IN MM Lectura de la dureza Dureza aproximada

escala *B

Lectura de dureza

0.022 0.56

0.024 0.61 98 72 94

0.026 0.66 91 60 87

0.028 0.71 85 49 80

0.030 0.76 77 35 71

0.032 0.81 69 21 62

0.034 0.86 52

0.036 0.91 40

0.038 0.96 28

0.040 1.02

*Estos valores son aproximados y solo se usan para seleccionar una escala adecuada.




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Tabla 3. Cargas Normales de Ensayo y Tolerancia para la Escala Rockwell A, B y C

Unidades Rockwell A

Cono de Diamante

Rockwell B

Esfera de Acero

Rockwell C

Cono de Diamante

Precarga

F0

Carga

F1

Carga

F total

Precarga

F0

Carga

F1

Carga

F total

Precarga

F0

Carga

F1

Carga

F total

Kgf 10 ± 0,2 50 ± 0,25 60 ± 0,45 10 ± 0,2 90 ± 0,45 100 ± 0,65 10 ± 0,2 140 ± 0,7 150 ± 0,9

N 98 ± 1,9 491 ± 2,5 589 ± 4,4 98 ± 1,9 883 ± 3,7 981 ± 4,6 98 ± 1,9 1374 ± 6,9 1472 ± 8,8

Tabla 4 materiales a ensayar según el tipo de escala

Rockwell A Materiales duros en extremo, carburos de tungsteno, entre otros.

Rockwell B Materiales de dureza media, aceros al carbono bajos y medios, latón, bronce, entre otros

Rockwell C Aceros endurecidos, aleaciones endurecidas y revenidas (tratadas).

Descripción general del durómetro a utilizar

En nuestro caso particular contamos en el laboratorio con un durómetro Rockwell modelo 713 SRD el cual cuenta

con un microprocesador modelo DIGIDUR, desarrollado por la HAYTOM, SL, aquellos equipos que poseen este

modelo, presenta las siguientes características:

a. Calculo directo de la dureza en función de la profundidad de la huella.

b. Un teclado de membrana y pantalla de cristal líquido.

c. Facilita el manejo de varios idiomas (español, francés e inglés).

d. Control en la secuencia del ensaño.

e. Introducción de tolerancias, tiempos de aplicación de la carga, valor de corrección, factor de estabilidad y

formatos de salida.

f. Selección de 30 métodos de Rockwell y 3 Brinell, con tolerancias y tiempos de corrección entre otros.

g. Conversión entre diferentes métodos de medidas, Rockwell, Brinell, Vickers, (dureza) N/mm2, Kp/mm2

(resistencia) y µm (profundidad de la huella).

Componentes principales del durómetro.

En la fig. 4 abajo verán los principales componentes del durómetro.




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Menús.

Al encender el durómetro, vera en la pantalla en la línea superior la información y mensajes, mientras que en la

línea inferior podrá visualizar los resultados numéricos.

Por ejemplo:

HRC : n : X kp/ mm2

52,3 : 12 : 52,9 198

Nota: Al encender el durómetro la selección es automática y el método de medida es el HRC, es decir en la

línea superior vera algo similar.

HRC : 10 - 150 kp 120

Fig. 4 partes del durómetro




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Menus en la línea 2

Menú 1: Para realizar en ensayo según el método seleccionado.

Ensayo - TEST - Essai

Menú 2: Para cambiar el método o parámetros, como tiempo de carga, tolerancia máxima y mínima,

correctores, otros factores y formatos.

Método - METHOD - Methode

Menú 3: Para seleccionar conversión a otro método, existen tablas en memoria para 22 métodos de conversión.

----------CONVERSION-----------

Menú 4: En esta pantalla se podrán visualizar y borrar las estadísticas y los últimos ensayos.

--------- CONSULTA---------

Menú 5: Para listar vía RS-232C el programa, estadísticas o los datos en impresora.

Salida - OUTPUT - Sortie ?

Menú 6: En la misma se podrá comprobar el correcto funcionamiento de los captadores, detectores y relés.

---------- MONITOR ----------

Como hacer un ensayo:

Antes de iniciar cualquier ensayo, siga las instrucciones del docente y / o técnico, para la realización del ensayo

los mismos se practicaran sobre piezas que se les suministraran en el laboratorio (salvo que se diga otra cosa

antes de la ´practica) y a las mismas se le efectuaran como minino tres pruebas y luego se compararan las

durezas de las mismas.

1. Pantalla inicial al encender el durómetro.

HRC : 10 - 150 Kp 120

Ensayo - TEST - Essai

Esta es la condición inicial del menú, y desde aquí puede seleccionar un menú y /o iniciar el ensayo.

Realicemos nuestro primer ensayo:

2. Al estar el durómetro sin pieza vera en la pantalla lo siguiente:




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HRC > 10 - 150 kp 120

3. Aplicar la pre-carga:

Coloque la pieza a ensayar en la meseta de apoyo y girar lentamente el husillo hasta hacer contacto entre

la pieza y el penetrador, en este momento vera en la pantalla lo siguiente:

HRC :”>” 10 - 150 kp 120

>>>>>>>>>>>……………………..

El símbolo “>” parpadeara indicando que debemos seguir avanzando hasta alcanzar la pre-carga; esto

ocurrirá al completar la línea 2 con los símbolos “>”.

Cuando se alcance la posición de pre-carga, la línea 2 mostrara:

HRC :”>” 10 - 150 kp 120

=========== ………………………..

En cuanto aparezcan los símbolos “==” debemos detener el avance del husillo por haber llegado a la

pre-carga, y se deberá esperar un instante a que la lectura se estabilice; cuando la pre-carga sea estable,

el símbolo “==” deja de parpadear y aparecen los símbolos “>” e “I”, lo cual nos indica que debemos

aplicar la carga accionando la palanca hacia atrás (ver figura 1).

4. Aplicando la carga.

La carga se aplica llevando suavemente la palanca de carga hacia atrás, cuando el procesador DIGIDUR

detecta la carga sobre la pieza indica en pantalla lo siguiente.

HRC : 10 - 150 kp 120

99,9

(“=” parpadea)

(“150” parpadea)

El valor de la carga parpadea indicando que la carga va en aumento; cuando se detecta la estabilidad de la

carga aplicada, cesa el parpadeo y espera el tiempo de aplicación de carga que haya sido establecido (este

tiempo se selecciona desde la opción método y por defecto se establece en 2 segundos de espera mínimo).




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5. Retirar la carga.

Al terminar el tiempo de carga, se deberá retirar ésta manteniendo aún la precarga. Esto se hace llevando

nuevamente la palanca de cargas hacia adelante.

HRC : 10 - 150 kp 120 33,9

(“<” parpadea)

(“10” parpadea)

Cuando se detecta que la carga se está retirando, el símbolo “<” y el valor de la pre-carga parpadean

lentamente hasta que se detecta la estabilidad de la lectura con la pre-carga aplicada, y entonces fija la

lectura o el valor de la dureza obtenida, por ejemplo:

HRC : n : N.C 55,8 : 1 : N.C

Lo cual significa:

Dureza: 55.8 HRC

Ensayos: n = 1

N.C Conversión No Seleccionada

6. Retirar la pieza ensayada.

Después de obtenida la dureza, si se procede a retirar el husillo para sacar la pieza ensayada, se almacenara

el valor de dureza calculado, y el dato sale por la salida serie RS -232C según el formato escogido, y en la

pantalla se presenta además el valor medio y la conversión seleccionada.

HRC : n : X : N.C

55,8 : 1 : 55,8 : N.C

Si realizamos otro ensayo y seleccionamos conversión aparecerá algo similar.

HRC : n : X : N/mm2

55,8 : 1 : 55,8 : 2160




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Nota:

Si al iniciar el ensayo vemos en pantalla algo similar, esto significa que la pieza montada tiene la pre-carga,

retire la carga e inicie de nuevo el ensayo.

HRC : 10 - 150 kp 120 Retirar - REMOVE - Retirer

7. Errores y avisos.

Durante la realización del ensayo se pueden incurrir en algunos errores los cuales habrá una señal de aviso

en la línea 2 de la pantalla, y la misma permanecerá hasta que no se pulse (I) dándose por enterado. Siempre

que ocurra un error se recomienda retirar el husillo e inicial de nuevo el ensayo.

Error F0. Ocurre al sobre pasar la zona de pre.carga.

HRC : 10 - 150 kp 120

33,9 - ERROR F0

Error < 0. Por obtener durezas inferiores a cero. Esto significa que el método aplicado para la medida de

dureza es erróneo.

HRC : 10 - 150 kp 120

-3,9 ERROR < 0 =

Error > 100. Por obtener durezas superiores a la escala. Esto significa que se ha cometido un error de

manipulación.

HRC : 10 - 150 kp 120

102,6 ERROR > 100




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En la tabla número 5 se describen los accesorios del durómetro 713 SRD.

Fig. N° Nombre del accesorio

1 Meseta porta pieza plana de 54 mm de diámetro

2 Meseta porta pieza en “V” para cilindros de 10 a 70 mm de diámetro

3 Meseta porta pieza plana con resalte de 14 mm diámetro

4 Meseta porta pieza en “V” para cilindros de 03 a 10 mm de diámetro

5 Penetrador Rockwell de cono de diamante 120°

6 Penetrador Rockwell de bola de metal duro de 1/16” de diámetro

7 Penetrador Rockwell de bola de metal duro de 1/8” de diámetro

8 Penetrador Rockwell de bola de metal duro de 2,5 mm de diámetro

9 Penetrador Rockwell de bola de metal duro de 5 mm de diámetro

10 Placa patrón de dureza HRC

11 Placa patrón de dureza HRB

12 Placa patrón de dureza HR-30N

13 Placa patrón de dureza HR-30T

Tabla 5. Accesorios

FIG. 5 ACCESORIOS DEL DURÓMETRO 713 SRD




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Referencias bibliográficas

Manual de inspección PDVSA, volumen 1. Ensayo de Dureza en materiales metálicos.

Manual de Instrucciones DURÓMETRO DUPLEX 713 SRD

Norma ASTM E 18 – 79

Norma venezolana COVENIN 646 – 82

SMITH William. Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales.

elaborado por: ing. enrique j. garcía colina · de modo de asegurar un buen contacto entre la...

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