Alumno (s):

Grupo : Nota:

Profesor : Juan Manuel Gómez

Fecha de entrega : 4 10 13 Hora:

1

TECNOLOGIA DE MATERIALES AVANZADO

“ENSAYO DE DUREZA POR PENETRACION Y REBOTE”

1. IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD

2. HERRAMIENTAS Y EQUIPOS

Durómetro Universal Wolpert Penetrador Piramidal Vickers Penetrador cónico Rockwell Penetrador de bola Brinell Durómetro Portátil EQUOTIP 3

3. MATERIALES

Probetas de acero Probetas de Aluminio Probetas de Cobre Probetas de Bronce Probetas de Hierro Fundido

4. OBJETIVOS:

Diferenciar los tipos de ensayos de Dureza.

Conocer y aplicar las normas que establece la Norma Técnica Peruana.

Aprender de forma práctica el proceso para determinar la dureza de un material.

Identificar a los materiales mediante la su dureza y poder compararlos e

identificarlos mediante las escalas de dureza más importantes.

5. FUNDAMENTO TEORICO:

2

Se entiende por dureza la propiedad de la capa superficial del material de resistir

a la deformación elástica, plástica o a la destrucción en presencia de acciones de

contacto locales inferidas por otro material más duro, que no se somete a la

deformación residual del cuerpo (indentor o penetrador) de determinadas forma y

dimensión. Esta afirmación es válida no para todos los métodos existentes. La

variedad de estos métodos y el sentido físico diferente de los números de dureza,

dificulta la elaboración de una definición común de la dureza como propiedad

mecánica. A continuación pasaremos a definir algunos principales métodos para

medir la dureza de un material:

DUREZA BRINELL

Se denomina dureza Brinella la medición de la dureza de un material mediante el

método de indentación, midiendo la penetración de un objeto en el material a

estudiar. Fue propuesto por el ingeniero sueco Johan August Brinell en 1900,

siendo el método de dureza más antiguo.

Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras

delgadas. El indentor usado es una bola de acero templado de diferentes

diámetros. Para los materiales más duros se usan bolas de carburo de tungsteno.

En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10 a 12 milímetros de

diámetro, con una fuerza de 3.000 kilopondios. El valor medido es el diámetro del

casquete en la superficie del material.

El peso de la bola se puede obtener con la siguiente expresión:

P=K . D2

Dónde:- P: Carga a utilizar medida en (kilogramos fuerza).- K: Constante para cada material, que puede valer 5 (aluminio, magnesio y sus

aleaciones), 10 (cobre y sus aleaciones), y 30 (aceros).- D: Diámetro de la bola (indentor) medida en [mm].

Este ensayo sólo es válido para valores menores de 600 HB en el caso de utilizar la bola de acero, pues para valores superiores la bola se deforma y el ensayo no es válido. Se pasa entonces al ensayo de dureza Vickers.

Fórmula aplicadaPara determinar el valor de la dureza Brinell se emplea la siguiente ecuación:

HB= 2 Pπ D2 ( 1

1−√1− d2D2 )Dónde:

3

- P : Carga a utilizar medida en kilogramos fuerza.- D : Diámetro de la bola (indentor) medida en (mm).- d : Diámetro de la huella en superficie en (mm).

Valores típicosEl valor HB suele ser menor que 600.

• Acero (blando) : 120 HB• Acero de herramientas : 500 HB• Acero inoxidable : 250 HB• Aluminio : 15 HB• Cobre : 35 HB• Madera : entre 1 HB y 7 HB• Vidrio : 482 HB

DUREZA ROCKWELL

La dureza Rockwell o ensayo de dureza Rockwell es un método para determinar la dureza, es decir, la resistencia de un material a ser penetrado. El ensayo de dureza Rockwell constituye el método más usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar a cabo y no requiere conocimientos especiales. Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargas, lo cual permite ensayar prácticamente cualquier metal o aleación. Hay dos tipos de penetradores: unas bolas esféricas de acero endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, ¼ y ½ pulg, y un penetrador cónico de diamante con un ángulo de 120º, el cual se utiliza para los materiales más duros.El ensayo consiste en disponer un material con una superficie plana en la base de la máquina. Se le aplica una precarga menor de 10 kg, básicamente para eliminar la deformación elástica y obtener un resultado mucho más preciso. Luego se le aplica durante unos 15 segundos un esfuerzo que varía desde 60 a 150 kg a compresión. Se desaplica la carga y mediante un durómetro Rockwell se obtiene el valor de la dureza

4

directamente en la pantalla, el cual varía de forma proporcional con el tipo de material que se utilice. También se puede encontrar la profundidad de la penetración con los valores obtenidos del durómetro si se conoce el material.

Escalas de dureza Rockwell

Símbolo dela Escala

Penetrador Carga mayor(kg)

Aplicaciones

A Diamante 60 Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros. Chapas duras y delgadas.

B Esfera de 1/16 pulgada

100 Aceros recocidos y normalizados.

C Diamante 150 Aceros tratados térmicamente.D Diamante 100 Aceros cementados.E Esfera de 1/8

pulgada100 Metales blandos y antifricción.

F Esfera de 1/16 pulgada

60 Bronce recocido.

G Esfera de 1/16 pulgada

150 Bronce fosforoso y otros materiales.

H Esfera de 1/8 pulgada

60 Metales blandos con poca homogeneidad, fundiciones con base hierro.

K Esfera de 1/8 pulgada

150 Aplicaciones análogas al tipo anterior.

Nomenclatura:

Las durezas Rockwell y Rockwell Superficial vienen dadas por la siguiente fórmula:

nHRletraDónde:• n es la carga aplicada en kg• HR es el identificador del ensayo Rockwell• letra va a continuación de y es la letra correspondiente a la Escala usada

Un ejemplo para un material que se le ha aplicado un esfuerzo de 60 kg y se ha usado la escala B sería:

60HRBCondiciones del ensayo:

1. La superficie del material debe estar lisa, seca y libre de grasa, polvo etc.2. El espesor de la probeta debe ser por lo menos diez veces la profundidad de la

huella, y el ensayo no es válido si en la cara posterior a la del ensayo aparece una protuberancia.

5

3. Si se ensaya una pieza cilíndrica, el radio debe ser mayor en seis milímetros al del penetrador. Los valores de dureza resultan ligeramente inferiores a los valores reales.

4. La aplicación de la carga debe hacerse de manera perpendicular a la superficie de la probeta.

1.- PRUEBA BRINELL

6

MATERIAL DIAMETRO DE LA BILLA

FUERZA P(Kg)

Diámetro medido de la huella(mm)

Valor de dureza

Denominación del ensayo

Bronce 2.5 62.5 0.803 120 250 HB 2.5/62.5/15

Aluminio 2.5 31.25 0.645 94 250 HB 2.5/31/15

Acero SAE 1020

2.5 187.5 1.45 103 250 HB 187/100/15

Acero para herramientas

2.5 133.5 1.23 115 250 HB 2.5/133/15

Bronce

P=K D2d=√D2−(D− 2PHBπD )

2

P=10 (2.5 )2d=√2.52−(2.5− 2(62.5)120π 2.5 )

2

P=62.5d=0.803mm

Aluminio

P=K D2d=√D2−(D− 2PHBπD )

2

P=5 (2.5 )2d=√2.52−(2.5−2(31.25)94 π 2.5 )2

P=31.25 d=0.645mm

Acero SAE 1020

P=K D2d=√D2−(D− 2PHBπD )

2

P=30 (2.5 )2d=√2.52−(2.5−2(187.5)103π 2.5 )2

7

P=187.5 d=1.45mm

Acero para herramientas

P=K D2d=√D2−(D− 2PHBπD )

2

P=5 (2.5 )2d=√2.52−(2.5−2(31.25)94 π 2.5 )2

P=133.25 d=1.245mm

2.- PRUEBA ROCKWELL “C”

MATERIAL FUERZA P(KG) VALOR DE DUREZA

DENOMINACION DEL ENSAYO

ALUMINIO 32.41 45 45 HR CACERO SAE 1020

182.5 72 72 HR C

Aluminio

HRB=130− h0.002

h=(130−HRB )0.002

h=(130−42.7 )0.002

h=0.175

SAE 1020

HRB=130− h0.002

h=(130−HRB )0.002

h=(130−71 )0.002

h=0.118

3.- PRUEBA DE DUREZA HLD

8

MATERIAL FUERZA P(KG) VALOR DE DUREZA

DENOMINACION DEL ENSAYO

BRONCE 62.5 430 HLDALUMINIO 31.25 378 HLDAcero para herramientas

187.5 664 HLD

Bronce

P=K D2

P=10 (2.5 )2

P=62.5

Aluminio

P=K D2

P=5 (2.5 )2

P=31.25

Acero para herramientas

P=K D2

P=30 (2.5 )2

P=187.5

9

CONCLUSIONES

CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es el principio de medición de durezas en ensayo: Brinell y Rockwell y vickers?Es la medición en la que hacemos un impacto con un identador ya sea esférico o cónico.

2. Explique un método de valoración cualitativa de durezaNos referimos aun ensayo con gran calidad más que nada sería en una superficie limpia donde no se alla realizado ensayos anteriores

3. ¿Qué relación existe entre la carga aplicada y el diámetro de la billa, en los ensayos brinell?Estan directamente relacionados según la formula ya descrita.

4. ¿Por qué no es recomendable la medición Brinell en aceros templados?Ya que el temple altera el valor de la dureza del material x lo tanto no seria el valor de la dureza real.

5. ¿Cuál es el valor del diámetro de billa y carga empleados para el aluminio, acero, bronce (o latón)?Para todos esos ensayos el valor del diámetro de la billa fue 2.5 mm edepende el tipo de material

6. Explique porque selecciono la carga antes mencionada

10

El dispositivo que utilizamos (equotip3) da la carga necesaria para cada material no va ser siempre la misma por ejemplo la carga es diferente en el aluminio que en el acero

7. ¿Qué ventajas tiene el ensayo Rockwell respecto al Brinell?El dato de dureza es mas preciso y nos da un resultado mas próximo al de tablas

8. ¿Cuál es la finalidad de la utilización de escalas en ensayo Rockwell?Poder comprobar con el resultado de tablas

9. ¿Qué aplicaciones tiene el ensayo Rockwell?En la minería ya que constantemente hay q ver la dureza de los minerales para llevear asi un control de calidad.

10. En el ensayo Vickers ¿hay semejanzas con respecto al Brinell?Si porque también el identador es en forma esférica

11. Mencione las ventajas en la utilización del metodo vickers

a. las improntas resultan bien perfiladas, cómodas para la medición; b. la forma de las improntas es geométricamente semejante , por lo cual la dureza para un mismo material es constante, independientemente de la magnitud de la cargac. la dureza con la pirámide coincide con la dureza Brinell para los materiales de dureza media

11

d. este método es aplicable con igual éxito para los materiales blandos y duros, y sobre todo para los ensayos de probetas delgadas y las capas superficiales.

12. ¿Qué ensayo le parece más simple de realizar?. Explique por que El de brinell por la facilidad de cálculo y también que solo medimos diámetro de la huella

13. ¿Qué ensayo le parece más difícil de realizar?Ninguno, peo quizá un poco mas de calculo en el de rockwell

14. ¿Cuál de los ensayos proporciona mayor información sobre la materia?. Explique porqueEl de Brinell porque con los datos que nos proporciona la dureza se puede verificar en tablas

DUREZA DINAMICA

1- INDICACIONESEl Durómetro EQUOTIPO 3 está diseñado para realizar pruebas en materiales metálicos cuya dureza varía entre valores muy bajos y muy altos. La prueba de dureza se puede realizar directamente en el lugar y en cualquier posición. Los instrumentos EQUOTIPO 3 generalmente se utilizan para realizar pruebas en piezas de trabajo grandes y pesadas, que solo se pueden transportar con gran dificultad a la máquina de prueba del laboratorio. El dispositivo es ideal para aquellas aplicaciones en que la prueba de dureza estándar de muescas no es factible o no es posible económicamente.El Durómetro EQUOTIPO 3 consta de:

La unidad se muestra en las escalas de dureza de:

- Leed (HD)- Vickers (HV)- Brinell (HB)- Rockwell (HRA, HRB, HRC)- Shore (HS)- Resistencia a la tracción del acero (Rm)

A. Dispositivo indicador electrónico

B. Descripción funcional del dispositivo de impacto.

El dibujo muestra el estado del dispositivo en el momento de activar el impacto (dispositivo de impacto cargado / listo para el impacto). El dispositivo no es una pieza que el usuario pueda reparar. El dibujo puede considerarse solo a modo de referencia para conocer su funcionamiento.

12

C. Método de medición

El método EQUOTIPO 3 es un método dinámico que se basa en el principio de medición de la energía. La razón entre la velocidad de rebote vr y la velocidad de impacto vi multiplicada por 1000 da como resultado el valor de dureza HL (dureza de Leeb). HL es una medida directa de la dureza.

En la medición con EQUOTIP® 3, se dispara un cuerpo de impacto de punta dura por medio de la energía del resorte, contra la muestra cuya dureza se desea medir y este cuerpo luego rebota. Durante el impacto, el imán, que está permanente integrado al cuerpo de impacto, atraviesa una bobina en la cual se genera un voltaje de inducción debido al movimiento hacia adelante y hacia atrás. Este voltaje es proporcional a las velocidades. Las velocidades de impacto y de rebote se miden cuando la punta del cuerpo de impacto está aproximadamente a 1 mm (0,04 in) de distancia de la muestra que se mide. La señal de medición se convierte a un valor de dureza mediante el sistema electrónico de la unidad, se muestra en la pantalla y se almacena en la memoria (si el instrumento está configurado para realizar el almacenamiento de los datos).

D. Rangos de medición

La unidad básica EQUOTIP® 3 se puede combinar con todos los dispositivos de impacto para satisfacer sus necesidades de prueba específicas. Se dispone de dispositivos de impacto especiales para su utilización en espacios reducidos donde la geometría de los componentes o el acabado de la superficie tienen características particulares.

13

Conversiones de HL a otras escalas de dureza

14

E. Ejemplos de aplicaciones

- Pruebas de dureza sobre máquinas ya armadas o sobre construcciones de fundición y acero, por ejemplo, en piezas de trabajo grandes y pesadas o en piezas de sistemas instalados en forma permanente.

- Pruebas rápidas en numerosos puntos de medición para examinar la dureza en superficies de grandes dimensiones.

- Medición de control para determinar con rapidez el resultado de un tratamiento térmico específico, por ejemplo en procesos de recocido o revenido y templado.

- Pruebas de piezas de trabajo en las cuales el tamaño de la muesca en los bordes filosos debe ser lo más pequeño posible, por ejemplo, en rodillos o superficies esmeriladas de piezas maquinadas.

- Pruebas automáticas de dureza en piezas producidas en serie durante la operación de fabricación, por ejemplo, en la industria automotriz.

F. Para evitar mediciones incorrectas:

Verifique que la superficie de la pieza de trabajo esté limpia, lisa y seca. Controle que la muestra esté fija y que no esté sujeta a vibraciones durante

la prueba (debido al funcionamiento dinámico del método de prueba de dureza). Las piezas de poco espesor se deben sujetar de manera especial (consulte la página 106 del manual).

Utilice muestras que tengan grandes dimensiones y suficiente masa. Recomendaciones: Realice de 3 a 5 impactos, como mínimo, en espacios de

al menos 3 a 5 mm (0,12 a 0,20 in) en cada punto de medición (consulte la página 114 del manual) y utilice el promedio de los valores individuales.

No realice el impacto en un área que haya sufrido deformaciones a causa de un impacto anterior.

La rugosidad del acabado de la superficie no debe exceder los siguientes valores:

Símbolos:

Rt = Profundidad de rugosidad (DIN 4762) Ra = Valor medio de rugosidad (Alemania) CLA = Valor medio en línea central (Gran Bretaña) AA = Promedio aritmético (EE. UU.) N5,N7,N9 = Clasificación de rugosidad según ISO/R 1302

15

USO DEL EQUIPO

Preparación de la muestra

Peso y espesor de la pieza de prueba Coloque las muestras de menos de 5 kg (11 libras) sobre una base sólida de manera que no se muevan ni se balanceen a causa del impacto. Las muestras que pesan entre 0,1 y 2 kg (0,2 y 4,4 libras) se deben acoplar firmemente a una base inmóvil, por ejemplo, una placa base pesada. A pesar de la baja masa del cuerpo de impacto y de la baja energía de impacto, se genera una fuerza de impacto relativamente grande y de corta duración cuando el cuerpo de impacto choca contra la superficie de medición.

Acoplamiento

Se deben cumplir los siguientes requisitos:

Las superficies de contacto de la muestra y de la placa base deben estar niveladas, planas y lisas.

El impacto se debe ejecutar en dirección perpendicular a la superficie acoplada.

16

Toma de durezas

Realizar la toma de durezas de la píelo que sé que se muestra, esta ha pasado por un proceso de temple y lo que se quiere es evaluar si este proceso es un proceso con resultados entro de los parámetros de calidad.

Gráfico 1: Posiciones para la toma de dato

17