TECNOLOGÍA DE MATERIALES AVANZADO

LABORATORIO N°02

“ENSAYO DE DUREZA”

Integrantes del grupo:

Huapaya Tovar ,José Granda Baza ,Emilio Galvez Ezpinoza, Jan Muñoz Masca, Arthur

Sección: C12-3-A

Fecha de realización: 25 de AgostoFecha de entrega: 08 de Septiembre

Profesora:Chevarría Moscoso, Margarita

1. OBJETIVOS

Analizar comportamiento en diferentes materiales. Determinar la dureza de diferentes materiales. Aplicar diferentes métodos de obtención de dureza.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

DUREZA:

La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes, entre otras. En este caso se observará el comportamiento de ciertos materiales a la penetración.

ENSAYO DE DUREZA:

El empleo de los ensayos de dureza como instrumento de clasificación y control de calidad en las líneas de producción ha sido favorecido gracias a la automatización de los ciclos de medición de los métodos tradicionales tales como el Rockwell , Brinell o Vickers. En este sentido existen aparatos que permiten ciclos automáticos de medición muy rápidos en los que prácticamente no se requiere la intervención del operador. Además el avance de la microelectrónica y el software embebido han permitido el desarrollo de instrumentos medidores de dureza portátiles muy fáciles y rápidos de utilizar, que permiten la medición de piezas y lugares en los que los métodos tradicionales no son aplicables.

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.

En la práctica el número de Brinell se puede tomar directamente de una tabla ingresando con el valor del diámetro de la impronta. En algunos materiales la penetración de la bolilla origina una craterización Fig. 2.a y en otros una depresión Fig 2.b. En estos casos los valores obtenidos a partir de la medición de h no coinciden con los obtenidos en función de d, ya que la profundidad h medida no corresponde al casquete cuyo diámetro es d, sino al de diámetro d1, cuya determinación exacta en forma práctica es dificultosa. Por todo esto se ha generalizado la determinación de HB a partir de d, ya que ofrece mayor seguridad de una determinación correcta. Ya sea en la, determinación de h o en la de d, se requiere una precisión mínima de 0,01mm.

DUREZA VICKERS:

La determinación de la dureza Vickers es similar a la Brinell ya que se obtiene del cociente de la carga aplicada por la superficie de la impronta. Sin embargo en este caso se utiliza una carga pequeña y el penetrador es un diamante en forma de pirámide .

DUREZA ROCKWELL

Al igual que en el ensayo Brinell la dureza se determina en función del grado de penetración de la pieza a ensayar a causa de la acción del penetrador bajo una carga estática dada. Difiere del ensayo Brinell en que las cargas son menores y los penetradores más pequeños por lo que la impronta será menor y menos profunda. Además el ensayo Rockwell no requiere la utilización de formula alguna para la determinación de la dureza. Esta se obtiene directamente del dial indicador de la máquina ya que la misma está dada por el incremento de profundidad de penetración debido a la acción del penetrador, el cual puede ser una bolilla de acero o un cono de diamante.

MATERIALES Y EQUIPO

PLAN DE TRABAJO:

Los ensayos se realizan en grupos Seguir las instrucciones del profesor sobre la utilización de los equipos Preparar las superficies de los materiales a ensayar. La superficie a ensayar

deberá estar completamente limpia( emplear lija N° 100, 200) y la superficie de apoyo deberá encontrarse totalmente plana , sin rebabas (emplear una lima fina).

Equipo de ensayo de dureza

Prisma rectangular de acero 1020

Prisma rectangular de acero 1045

Realizar los ensayos según las instrucciones dadas para cada máquina Anotar los valores respectivos Realizar las observaciones y sacar conclusiones para cada ensayo

ALUM

INIO

SAE 1020

COBRE

SAE 1045

ENG

RANAJE

HELICO

IDAL

DIN

X210CR12

Material

63.5

67.8

96.5 - -

HRB

- - - - 67

60.1

HRC

-

135.6

-

287.4

- - HB

122.6

122.4

0

228.4

918

699.4

HV

61.5

79.7

40.7

97.7 - -

HRB

- - - -

66.8

61.9

HRC

- - - - - - HB

108.6

152.4

-

273.3

812.5

742.1

HV

- - - - - -

HRB

63.1

77.9

41.5

100

67.1

58.3

HRC

-

183.7

- 246 - - HB

119.9

147.9

85.4

258

903

660

HV

Resultados obtenidos:

Analizis de resultados:

Observamos que de los materiales ferrosos, el sae 1020 es más blando que el sae 1045 ya que la huella que deja es mas grande.

El material mas duro con el que trabajamos fue el engranaje helicoidal.

De los materiales no ferrosos el mas duro fue el aluminio, siendo el mas blando el cobre.

Cuestionario:

a) ¿Cuál de los materiales ensayados presento mayor dureza? ¿Los ferrosos? ¿Los no ferrosos?

Basándonos en la información recopilada para las diferentes pruebas de dureza en cada tipo de material, fue el engranaje helicoidal, un material ferroso, el que registro mayor dureza HV, pues alcanzo valores 918HV; 892.5HV y 903HV en cada experiencia analizada

b) ¿En qué materiales se ensaya en escala HRC? Dureza Rockwell es por excelencia uno de los ensayos de dureza ampliamente

utilizados debido a su rapidez, efectividad y habilidad para distinguir pequeñas diferencias de durezas en aceros endurecidos. La escala HRC usa un marcador (cono) de diamante de 120º y 150Kg de carga. Dentro de los materiales que pueden ser ensayados se encuentra principalmente Aceros templados y aleaciones revenidas (tratamiento térmico).

c) ¿Cuál es la carga aplicada en las escalas HRB y HRC? Para ambos casos se aplica una precarga de 10 Kg, tratándose de materiales de

dureza media(blando) como aceros al carbono y aleaciones no ferrosas se usará una carga de 100Kg con un identador tipo bola de 1/16” de diámetro para la escala HRB y para la escala HRC se aplicara una carga de 150Kg.

d) ¿Cómo puedo correlacionar valores de dureza obtenido en un mismo material para diferentes escalas?

Para correlacionar valores de dureza de un mismo material será importante conocer el rango de valores para las diferentes escalas de HRB y HRC, pues sabiendo que en rango de valores para HRB va de 20-100 y HRC de 20-70 se puede dar el caso que en una prueba nos salga en la escala HRB 110 será necesario hacer la prueba en la escala HRC. Lo contrario también puede ocurrir, ya que podemos hacer la misma prueba al mismo material pero en la escala HRC y si el valor que nos saliese fuera de 17 HRC será necesario hacer la prueba en la escala HRB que es para materiales más blandos.

Es importante también mencionar la relación que hace la escala Vickers, la cual relaciona la proporción entre las variables carga aplicada y longitud promedio delas diagonales dejados por la huella.

VHN =1,854.F

d2

Conclusiones - Se analizó el comportamiento en los diferentes materiales analizados, se tomó en

cuenta el tamaño de la huella dejada en cada tipo de prueba, siendo los materiales ferrosos más blandos (como el SAE 1020) en las que las huella dejadas por el identador tenían una mayor dimensión a comparación del SAE 1045, esta experiencia nos demuestra el grado de dureza que aporta el carbono en el acero, pues a mayor porcentaje de carbono el material adquiere mayor dureza siendo a la vez más frágil.En los materiales no ferrosos como el aluminio y el cobre, se comprobó que el cobre tiene menor oposición a la penetración, pues registró uno de los valores más bajo en escala de dureza de 40.8 HRB.

- Se determinó la dureza de los diferentes tipos de materiales, siendo el engranaje helicoidal el material más duro que se registró en esta prueba de laboratorio con 918HV. Parte de su dureza se debe a que los engranajes contienen entre 0.3 a 0.6 %C característico de un acero en medio contenido de carbono, sim embargo nace la duda de por qué tiene mayor dureza que el DINx210 Cr12 pues solo se registró para este acero una dureza de 699.4HV, siendo este un acero de alta aleación con 2.1 % de C además contiene cromo, que adiciona un grado mayor de profundidad a la dureza. Por todo esto se concluye que el engranaje helicoidal además del %C que contiene, también haya recibido algún tratamiento que le ha dado la posibilidad de mejorar su resistencia a la penetración.

- Se aplicó los diferentes métodos de obtención de dureza, manipulando la máquina que mide la dureza en diferentes escalas (HB, HRB, HRC, HV) previa preparación del material, como lo fue el lijado de su superficie. Mediante los controles se tiene la opción de elegir la escala deseada, pero ojo fue importante saber el rango de valores para HRB y HRC, pues en algunos casos se tuvo que modificar el identador ( pasamos de una billa de 1/16” a cono de diamante de 120º) para obtener el valor exacto de la dureza del material. Mediante el lente de la máquina de buscaba la posición exacta para encontrar una zona libre del material en donde se lleve a cabo la prueba de dureza. Para medir dureza HB usamos una billa de 10 mm, pero no se hizo esta prueba en muchos de los materiales, tan solo se hizo para los aceros al carbono SAE 1020 y SAE 1045.

- Adicional a esta experiencia de ensayo de dureza, pudimos apreciar el ensayo de rotura del SAE 1020 y SAE 1045, comprobando que el SAE 1020 es más tenaz que el SAE 1045, pues este absorbió 62 J de energía frente a los 20 J que absorbió el SAE 1045.

BIBLIOGRAFÍA:

• Callister W. (2010) Ciencia e ingeniería de los materiales .Bercelona: REVERTÉ

• Lean, P. (2007). Introducción a la ingeniería de materiales. 1ra. Edi, Edit. PUCP, Lima, Perú.

• Smith, W. Hashemi, J. (2004). Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. 4ta. Edi, Edit. McGraw-Hill, México D.F., México.

• Askeland, D. (1998). Ciencia e Ingeniería de los materiales. 3ra. Edi, Edit. International Thomson Editoriales, México D.F., México.