Ensayo de dureza

E.Cordero, ecordero142@gmail.com.Prof.Ing.W.Benavides.Instituto Tecnológico de Costa Rica .Escuela de Ciencia e Ingeniería de los Materiales.

Curso: Laboratorio de Materiales II

Resumen:

El ensayo de dureza realizado en el laboratorio fue mediante el método de Rockwell, en él se ensayaron varias probetas de aceros según ciertas normas estándares ASTM E-18, E-92 y E-140.El propósito de este artículo es analizar y relacionar la teoría de dureza con la parte experimental en el ensayo Rockwell y poder analizar diferentes resultados y clasificar según las distintas escalas para poder generar comparaciones de dureza entre materiales.

Palabras Clave: propiedades mecánicas, resistencia de materiales , microdureza, escala Rockwell, Vickers, Knoop, Brinell.

Abstract:

Steel A2 was tested in the Materials Engineering’s machine of hardness they where measure according to the corresponding ASTM.All data and information collection procedures were performed in ITCR.

Introducción

El ensayo de dureza es un tipo de ensayo destructivo estático, el cual consiste en cuantificar la oposición que ofrece un material a modificaciones ya sean de reacción elástica entre cuerpos al dejar caer sobre dicho cuerpo un metal duro, por la resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados por otros más duros o también la resistencia que oponen los cuerpos a dejarse penetrar por otros más duros. (Askeland , 2010).

La elasticidad y plasticidad de un material están relacionados con la dureza, por lo que los resultados obtenidos en una prueba de dureza sirven como comparación entre materiales Entre los ensayos de dureza se encuentran diferentes pruebas entre las más comunes se encuentran la de Brinell, Rockwell y el Vickers, para este informe nos enfocaremos solo en la prueba de Rockwell.

El método de Rockwell es el método más simple y más común para medir dureza este utiliza una bola de acero de un diámetro pequeño si el material ha ensayar es suave, si se trata de un material duro se usa un cono de diamante. Se recomienda que la probeta no sufra ninguna deformación al reverso de ella, y el espesor de la muestra sea al menos 10 o 15 veces el tamaño del penetrador dependiendo del mismo.

Un durómetro es un aparato especializado en la medición de la dureza de diferentes materiales utilizando varios procedimientos llamados ensayos. El uso más común del durómetro en la industria farmacéutica es la medición de la resistencia y dureza de pastillas y cápsulas para verificar que puedan resistir el proceso de producción, empaque, distribución y venta, también para asegurarse de que la dureza del medicamento permita su desintegración dentro del cuerpo o que sea fácil de masticar.

Existen múltiples variantes de este ensayo, desde el Rockwell A hasta el K y otras más, con distintas combinaciones desde donde varía la carga, el tipo y forma del penetrador utilizado según sea el más adecuado .Comúnmente las de mayor empleo son las Rockwell B y la Rockwell C. El ensayo de utiliza un identador de diamante piramidal de base cuadrado y con carga de 1 a

120 kg. Para indicar el número de dureza obtenido se especifica con el símbolo HR, en las siguientes explicaciones se muestran algunos tipos de ensayo de dureza:

Ensayo RockwellEl ensayo Rockwell HR se

basa en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados, pero en lugar de determinar la dureza del material en función de la superficie de la huella que deja el cuerpo penetrante, se determina en función de la profundidad de ésta huella. El número de dureza encontrado es una función del grado de penetración de la pieza de ensayo por la acción de un penetrador bajo una carga elástica dada.

Difiere del ensayo Brinell en que las cargas son menores y los penetradores más pequeños por lo que la huella será menor y menos profunda.

Figura 1 Esquema de un ensayo Rockwell con cono.

La carga inicial aplicada, en todos los casos, posee un valor de 10 kg y otra adicional de 50, 60, 90 o 140 kg de acuerdo al material a ensayar. Con relación a los identadores pueden ser bolitas de acero o un cono de diamante cuya

punta tiene un radio de 0.2 mm y un ángulo de 120°.

Ensayo Vickers (HV)

Este es un ensayo de microdureza ya que el durómetro está incorporado en un microscopio, posee un identador con forma piramidal cuadrangular. Las cargas más importantes en este ensayo son pequeñas y se miden generalmente en gramos, este método permite medir la dureza de practimente de todos los materiales metálicos independientemente de su espesor.

Para determinar la dureza se halla un promedio de las diagonales y se

aplica la formula , una de las ventajas más importante de este ensayo son las huellas comparables independientemente de la carga, permiten medir una amplia gama de materiales.

Figura 2 Esquema de un ensayo de dureza Vickers.

Dureza Brinell

Consiste en una prensa la cual aplica una presión (P) correspondiente para comprimir una bola de acero templado, de un diámetro determinado, sobre un material a ensayar, por medio de una carga y durante un tiempo también conocido.

Figura 3 Esquema de un ensayo de dureza Brinell.

La determinación de la dureza se puede hacer de dos maneras atraves de sensores eléctricos que miden la profundidad de penetración h, o bien mediante la determinación de las mediciones de la huella atraves de un microscopio.

Ensayo Knoop (HK)

El ensayo de Knoop es un ensayo de microdureza para determinar la dureza mecánica especialmente de materiales muy delgados o laminas delgadas, se emplea un penetrador de diamante piramidal de base rómbica de geometría

Figura 4 Identador Knoop y principales dimensiones de la huella.

La dureza se determina mediante el cociente de la carga aplicada y el área de la huella proyectada sobre la superficie que es ensayada y en la que no debe tenerse en cuenta la recuperación elástica del material.

Materiales y Métodos Durómetro Patrones de calibración

Figura 5 durómetro

Figura 6 Patrones de calibración

Proceso de ensayo

Primero se colocaron los identadores en el equipo de dureza en el se pueden obtener varias durezas en diferentes escalas las mas usadas en el equipo son las escalas Rockwell A y C la cual es la mayor usada y una carga de 150 kg. Primero se realiza una estandarización con un patrón luego se dejan 2 mm entre la muestra y el identador para proceder a realizar lecturas.

Luego se midieron las muestras las cuales fueron un acero A2 el cual es un acero de grado herramienta primero se determinó sin tratamiento térmico asi como también con tratamiento térmico o endurecido.

Resultados y Análisis

Los resultados obtenidos en la realización de la prueba con el acero A2 donde la muestra 1 es el acero sin tratar térmicamente y la muestra 2 es

el acero endurecido y con tratamiento medidos en escala Rockwell C.

Cuadro 1. Resultados de ensayos de dureza en Acero A2

De los resultados anteriores se observa que al comparar los valores de dureza del a2 con tratamiento y templado al aire con los de ficha técnica de este mismo se obtuvo un resultado muy similar el cual tiene un rango Rockwell C de 57-62, además se observa quel acero sin tratamiento tuvo que ser con la escala rockwell B porque un acero no puede ser medido con la escala A porque esta solo mide materiales cerámicos o aquellas que tienen una alta resistencia a la compresión y se puede observar que el acero tienen una dureza intermedia si se compara con un material cerámico que poseen alta dureza. La escala C es para aceros tratados térmicamente y se utilizó un patrón para estandarizar los ensayos.

Algunos resultados expresados del cuadro 1 en diferentes escalas se encuentran en el cuadro 2 donde se puede observar la dureza de la muestra 2 y el patrón en escala Mohs, Vickers

Si en un caso hipotético no se conoce la naturaleza del acero y se ocupa medir su dureza primero se debe empezar a medir por la escala C para ver si este acero es tratado o no térmicamente

Cuadro 2. Resultados en diferentes escalas

Conclusiones

En esta práctica se concluye que el diámetro de la huella hecha por el balín depende de la dureza del material, es decir a mayor diámetro de la huella la dureza es menor y a menor diámetro de la huella la dureza es mayor, lo cual queda ampliamente demostrado con los ensayos realizados en esta práctica.

Otra de las conclusiones fue de que el tiempo y la carga de aplicación influyen en el diámetro de la huella, por eso es necesario contar con una tabla de datos para el tipo de material a utilizar.

A si mismo se determinó una dureza mayor en el acero con tratamiento térmico A2 que el que no se sometió a tratamiento térmico.

Bibliografía

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Torrejón, Patricio. (1998, Agosto). Ingeniería metalúrgica. Guía de laboratorio. Universidad Nacional Experimental del Táchira.

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Avner, S. (1988). Introducción a la metalurgia física. Segunda Edición. México. Editorial McGraw-Hill

Cuestionario

¿Cuál es la diferencia fundamental entre el ensayo de dureza Brinell y el Rockwell?

El ensayo de dureza Rockwell (HR, Hardness Rockwell) es más exacto, que se basa en la medición de la penetración de un identador, calibrado para la aplicación, con una carga igualmente calibrada para el tipo de material, en la superficie del material a probar, tomando en cuenta además la recuperación del material. Físicamente, la medición de dureza Rockwell es una medición de la profundidad de penetración del identador menos la recuperación del material, por eso el valor de dureza Rockwell se mide una vez retirada la carga del identador. En ensayo de dureza Brinell (BHN, Brinell Hardness Number) es más rápido, pero también es mucho menos preciso. Se basa en las dimensiones de la huella que deja un identador (normalmente de bola, por lo que la dimensión a medir es un diámetro) en la superficie del

material, tras la aplicación de una carga.

¿En que casos seria recomendable usar la escala Rockwell A, B,C o 45N?

La escala A se debe utilizar para materiales con durezas altas como cerámicos, la escala B para aceros sin tratamiento térmico , la escala C para

aceros endurecidos y con tratamientos térmicos

¿Es correcto afirmar que los materiales metálicos una elevada dureza es proporcional auna alta fragilidad?

Los materiales metálicos son dúctiles y la fragilidad está relacionada con la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación, y los metales tienen deformaciones plásticas tras superar el límite elástico por esta razón si existe una relación de dureza y alta fragilidad.

¿Como puede identificarse que esta fuera de la escala (A,B o C )cuando se utiliza el método Rockwell?

Se puede identificar que se esta fuera deuna escala A,B o C cuando los valores obtenidos están fuera del rango solicitado o reportado en tablas .

¿Cuál método y escala seria apropiada para medir la dureza de una lámina de acero al carbono de 0,25 mm de espesor laminada en caliente?

La lamina a ensayar y determinar su dureza es muy pequeña en espesor y se tendrá q cuidar q no se rompa con los identadores por lo cual lo mas conveniente será realizar un ensayo de microdureza como el ensayo Vickers y se emplearía una escala superior a 500 HB.