Laboratorio de Mecánica de Materiales

Autor(es): Christian NaranjoXavier FreireAlexis CarreraAndrés Toapanta

Sangolquí , 21 de Enero del 2015

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1. Tema:Dureza Brinell.

2. Objetivos:

2.1. Determinar experimentalmente la dureza Brinell.

2.2. Identificar las propiedades mecánicas que el número de dureza Brinell nos muestra.

3. Marco Teórico

3.1. Definición:

Se entiende por dureza la propiedad de la capa superficial de un material de resistir la deformación elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos de contacto locales inferidos por otro cuerpo, más duro, el cual no sufre deformaciones residuales (indentador ó penetrador), de determinada forma y dimensiones.

El estándar ASTM E 10-78 define la dureza Brinell como un método de ensayo por indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza una bola endurecida, bajo condiciones específicas, contra la superficie del material a ensayar y se mide el diámetro de la impresión resultante luego de remover la carga.

Ilustración 1: Símbolos que describen la dureza Brinell.

Ateniéndonos a la definición, el número de dureza Brinell (como esfuerzo de contacto), es la relación de la carga P que efectúa el indentador esférico de diámetro D, al área de la superficie de la huella:

HBSoHBW= FA

= 2P

πD 2(1−√1− d2

D2 ) HBS para los casos en que se utilice bola de acero. HBW para cuando se utilice bola de carburo de tungsteno.

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D = es el diámetro de la bola de acero en mm, F = es la carga aplicada en kgf, d = es el diámetro medio de la indentación o huella dejada por la esfera de acero en mm.

El método estándar como tal se realiza bajo las siguientes condiciones:

Diámetro de la bola (D) : 10 mmCarga (F): 3000 kgfDuración de la carga (t): 10 ... 15 s

En el caso de realizarse el ensayo bajo estas condiciones el número de dureza Brinell se denota sin ningún sufijo (HB).

4. Materiales y Equipos:

4.1. Muestras (Acero AISI/SAE 4140).4.1.1. 20.7 ∅ [mm]

4.2. Calibrador pie de rey.4.3. Micrómetro.4.4. Máquina de ensayos universales.4.5. Identor con esfera de acero endurecido4.6. Microscopio de herramientas.

5. Procedimiento:

1. Pulir la probeta.2. Medir el diámetro de la esfera de acero endurecido.3. Aplicar una carga de 1500 Kg durante 15 [s] con la máquina de ensayos universales.4. Medir el diámetro (laboratorio de metrología), de la huella dejada por la esfera de acero.

6. Análisis de Resultados:

6.1. Calcular la dureza Brinell del material.

Tabla 1: Datos: diámetro de la huella en acero AISI/SAE 4140

Carga PDiámetro del

Indentador (D)`Diámetro de la Huella (d) Tiempo

1500 kg 10.22 mm

Longitudinal 2.514 2.513

15 sTransversal 2.516 2.523

Promedio 2.512 [mm] 2.518 [mm]

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Calculo de la Dureza Brinell: HB= 2∙1500

π ∙10.222(1−√1−2.5122

10.222 )=298

HB= 2∙1500

π ∙10.222(1−√1−2.5182

10.222 )=297

Ambos datos de dureza coinciden con la data sheet del acero AISI/SAE 4140 (UNS G41400).

Ilustración 2: Data sheet, acero AISI/SAE 4140

6.2. Calcular la relación entre la dureza Brinell y el esfuerzo último a la tracción del material.

Para calcular el esfuerzo de tracción o tensión en función de la dureza Brinell se utiliza la LEY DE DOHMER la cual establece:

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σ T=k (H B )[ lb / plg2]

En donde k, es una constante que depende de la dureza Brinell teniendo dos valores:

k=490→HB>165

k=515→H B<165

Tomando la dureza Brinell del material, HB= 490, calculamos el esfuerzo.

σ T=( 490 ) 297=145530 [lb / plg2]

σ T=145.530 [ksi]

Este valor se encuentra en el rango del Esfuerzo máximo que puede soportar el acero, de acuerdo a la data sheet de la Ilustacion1.

7. Conclusiones y Recomendaciones:

7.1. Conclusiones:

La dureza Brinell se puede determinar de manera sencilla, al medir la huella dejada por la esfera endurecida de acero en la probeta y el diámetro de esta.

La dureza nos ofrece un idea general de las distintas propiedades mecánicas que posee el material ensayado, como es el esfuerzo máximo , gracias a la a ley de Dohmer y el porcentaje de carbono.

7.2. Recomendaciones:

Se recomienda medir con exactitud el diámetro de la huella dejada en la probeta, ya que de esta depende el porcentaje de error en el cálculo de la dureza Brinell.

1. Bibliografía:

[1] Dureza Brinell, Tomado de :http://es.slideshare.net/carlosaguilar123/ciencia-materiales-iihttp://www.utp.edu.co/~gcalle/DUREZABRINELL.pdf

[2] Data sheet tomada de: http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%204140.pdf

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