informe lab. n°1. ensayos de dureza brinell, vickers y rockwell

5/20/2018 Informe Lab. N1. Ensayos de Dureza Brinell, Vickers y Rockwell.

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ENSAYO DE DUREZA

Gomer David Garca.*, Kennith Fuenmayor**, Jeison Castillo***

* Universidad Autnoma del Caribe. Barranquilla (Atl). E-mail: [email protected]

** Universidad Autnoma del Caribe. B/quilla (Atl). E-mail:[email protected]

*** Universidad Autnoma del Caribe. B/quilla (Atl). E-mail: [email protected]

Resumen

Este informe presenta la medicin de dureza de varios materiales metlicos empleando

los ensayos Brinell, Vickers y Rockwell. A dems se aplican los conceptos bsicos sobre

medidas y errores a partir de los datos tomados en cada uno de los ensayos

Palabras claves: Ensayo de Dureza Vickers, Brinell y Rockwell, deformacin superficial.

Introduccin

La dureza da una medida de la resistenciade los materiales a la deformacin plstica

localizada, como pude ser la resistencia a

ser rayados por otro materia ms duro, o a

que un penetrador o indentador genere

una huella superficial cuando se aplica de

forma controlada la carga.

El ensayo de dureza es uno de los msempleados en la seleccin y control decalidad de los materiales. Intrnsecamente

la dureza es una condicin de la superficiedel material y no representa ningunapropiedad fundamental de la materia.

Metodologa

Se entiende por dureza de un material lapropiedad de la capa superficial para

resistir la deformacin elstica, plstica ydestruccin, en presencia de esfuerzos de

contacto locales inferidos por otro cuerpo,ms duro, el cual no sufre deformacionesresiduales (indentador o penetrador), dedeterminada forma y dimensiones.

Para su determinacin se utilizan ensayosbasados en la resistencia que oponen losmateriales a ser penetrados por un cuerpoms duro. Estos mtodos consisten enproducir una huella en el material que seensaya aplicando sobre l un penetradorcon una presin determinada, y hallando el

ndice de dureza en funcin de la presinejercida y la profundidad o dimetro de lahuella. Este penetrador va acoplado a unamquina llamada durmetro.

Tres ensayos principales son utilizadospara aceros: Brinell, Vickers y Rockwell.



Ensayo Brinell

Mtodo de ensayo por indentacin por elcual, con el uso de una maquina calibrada,se fuerza una bola endurecida, bajocondiciones especficas contra la superficie

del material a ensayar y se mide eldimetro de la impresin resultante luegode remover la carga.

El nmero de dureza Brinell (comoesfuerzo de contacto) es la relacin de lacarga P que efecta el indentador esfricode dimetro D, al rea de la superficie dela huella con dimetro d:

HBS o HBW =

La fuerza aplicada vara desde 10 hasta3000 Kgf con un tiempo que oscila entrelos 10 y 30 segundos. El indentadoresfrico puede variar desde 0.625 hasta 10mm.

Ensayo Vickers

La determinacin de la dureza Vickers essimilar a la Brinell ya que se obtiene delcociente de la carga aplicada por la

superficie de la impronta. Sin embargo eneste caso se utiliza una carga pequea y elindentador es un diamante en forma depiramidal de base cuadrada:

Para este caso d hace referencia a ladiagonal de la huella.

Las cargas pueden variar de 1 a 120 kg-f

de las cuales de 30 y 50 kgf son las msusadas.

Ensayo Rockwell

El mtodo Rockwell es un mtodo deensayo por indentacin por el cual, con eluso de una maquina calibrada, se fuerzaun indentador cnico esferoidal de

diamante, o una bola de acero endurecido(acero o carburo de tungsteno), bajocondiciones especficas contra la superficiedel material a ser ensayado, en dosoperaciones, en dos operaciones, y semide la profundidad permanente de laimpresin bajo condiciones especficas decarga.

En la actualidad para determinar lamagnitud de dureza mediante este mtodono se utilizan las relaciones matemticas

que relaciona la profundidad de la huella,ya que los indicadores de las maquinasrealizan de manera automtica dichasrelaciones mostrando directamente elnmero de dureza en sus diales.

Las cargas a aplicas pueden ser con unacarga previa de 10 kgf y con una cargaprincipal que vara entre 50 y 140 kgf.

A continuacin se presenta un cuadrocomparativo de tres tipos de ensayo ms

utilizados para determinar la dureza demetales



Cuadro comparativo de Ensayos

Resultados

A continuacin se muestran las tablas con

los datos experimentales obtenidos en el

laboratorio

Tipo de extrusora.

Humedad del almidn.

Forma del dado.

Velocidad de rodillos.

Velocidad de Enfriamiento.

1. Propiedades Mecnicas.2. Propiedades Reolgicas.

3. Propiedades Fsicas

Formulacin i

almidn-plastificanteExtrusin de Pelcula



.

Anlisis de Resultados

A partir del ndice de dureza podemos con

cierto grado de certidumbre determinar qu

tipo de acero estamos tratando. (Para este

caso no encontramos la tabla de acero

inoxidable que relacionara alguno de losndices de dureza o resistencia de tensin)

En aquellos casos donde las mediciones

de dureza que hagamos a un mismo

material nos muestre un valor de error

porcentual media alto, como en el ensayo

Rockwell, podemos determinar los

siguientes factores:

La cara opuesta a la ensayada

presenta una marca. Al ser la pieza ensayada un cilindro,

no se tuvo en cuenta si el radio de

curvatura no fuera menor de 5 mm.

El material sufri un tratamiento

trmico que endureci de manera

no uniforme la su superficie.

A partir del ndice de dureza Brinell

podemos hallar el ndice de resistencia a la

tensin o traccin mediante la relacin

matemtica

500HB (psi)

Observamos y como era de esperarse que

para un mismo material puesto a prueba

en dos ensayos distintos su ndice de

dureza fuera el mismo. (ver Cobre en

ensayo Brinell y Vickers)

Cuestionario I

Explicar los factores que afectan la

dureza de un material

Los factores que afectan la dureza y micro

dureza propiedades mecnicas de un

material dependen de su composicin

qumica, procesos de mecanizado y los

tratamientos trmicos a los que fue

sometido.

Qu limitaciones tiene el ensayo

Brinell?

Las limitaciones que tiene el ensayo Brinell

son:

No puede hacerse sobre materiales

muy duros o muy blandos.

No es vlido para probetas

delgadas. Es recomendable que el

espesor del material sea, al menos,

diez veces la profundidad de la

huella.

No es apta para superficies

endurecidas superficialmente.

No es apta para superficiesendurecidas superficialmente.



Qu condiciones deben cumplir las

mquinas y probetas para que se

considere que la prueba cumple con las

exigencias de certificacin

internacional?

El estndar ASTM E 10 presenta las

siguientes exigencias:

Para las mquinas de medicin de dureza

Brinell ell diseo debe ser tal que se

excluya cualquier mecimiento o

movimientos laterales del indentador o de

la probeta durante la aplicacin de la

carga. En las mquinas que usan pesos

muertos para la aplicacin de la carga

deben evitarse las sobrecargas al

momento de la aplicacin de la fuerza

causadas por la inercia del sistema.

Para las probetas usadas para la medicin

de la dureza Brinell, deben, para evitar que

el efecto de la indentacin aparezca en el

lado opuesto de la probeta, el espesor de

sta debe ser al menos 10 veces ms que

la profundidad de la indentacin. Cuando

sea necesaria la superficie debe lijada ypulida de manera que se observen con

claridad los bordes de la huella en el

momento de la medicin con la precisin

necesaria. Se debe tener cuidado de no

sobrecalentar la superficie en los procesos

de pulimento.

Cuestionario II

Qu limitaciones tienen el ensayo

Vickers y el Rockwell? Cules son sus

principales ventajas?

Limitaciones ensayo Rockwell

El espesor de la probeta no debe

ser menor de 10 veces el

incremento de penetracin (10h)

cuando el penetrador es el cono de

diamante y 15 veces (15h) cuando

el penetrador es una bolilla.

El ensayo debe ser descartado si la

cara opuesta a la ensayada

presenta una marca por pequea

que sea, ya que esto implica que el

apoyo soport parte de la carga.

Cuando se ensayan piezas

cilndricas su radio de curvatura no

debe ser menor de 5 mm. En

general en estos casos el valor de

dureza obtenido disminuye en

funcin del dimetro del material y

la norma ASTM E18 da los valores

a adicionar a los resultadosobtenidos en el ensayo.

El valor de dureza debe resultar del

promedio de por lo menos tres

mediciones las que debern

efectuarse a una distancia de no

menos de 3 mm.

Limitaciones ensayo Vickers

La superficie a ensayar debe estarcasi pulida.

La carga debe actuar durante 10 s

aunque en algunos casos puede

llegar hasta 30 s.

En aceros dulces los valores HV

pueden variar de 120 a 170,

mientras que en aceros tratados



trmicamente puede variar entre

800 y 1000.

En general el espesor mnimo de la

probeta debe ser de 1,5 veces la

longitud de la diagonal de la

impresin o lo que es lo mismo 7veces la profundidad h de

penetracin.

Un criterio similar indicado en [6],

expresa que como regla general el

espesor debe ser al menos de 10h.

En algunos casos el espesor de

penetracin puede ser tan solo de

0,065 mm por lo que el mtodo es

aplicable a piezas de poco espesor.

Ventajas del ensayo Rockwell

Mtodo rpido y preciso, que no

necesita de operarios

especializados

Deja huellas ms pequeas que el

mtodo Brinell.

Ventajas del ensayo Vickers

Las huellas son comparables entre

s; independientes de las cargas.

Pueden medirse una amplia gama

de materiales, desde muy blandos

hasta muy duros, llegndose hasta

1.150 HV.

Se pueden medir piezas muy

delgadas con cargas pequeas,

hasta espesores de orden de 0,05

mm.

Puede medirse dureza superficial.(para determinar recubrimientos de

los materiales

La escala Vickers es ms detallada

que la Rockwell; 32 unidades

Vickers = 1 unidad Rockwell

Como es preciso examinar la huella

puede comprobarse el estado del

penetrador.

Puede usarse en superficies no

planas

Sirve para medir todo tipo dedureza.

Cul es la norma ASTM que regula estostipos de ensayos a nivel internacional?Que establece entre sus requerimientos?

Ensayo de dureza Rockwell

El estndar ASTM E 18-03 define ladureza Rockwell como un mtodo de

ensayo por indentacin por el cual, con eluso de una mquina calibrada, se fuerzaun indentador cnicoesferoidal dediamante (penetrador de diamante), ouna bola de acero endurecido (acero ocarburo de tungsteno), bajo condicionesespecficas contra la superficie delmaterial a ser ensayado, en dosoperaciones, y se mide la profundidadpermanente de la impresin bajocondiciones especficas de carga.

El estndar ASTM E18-03 define elnmero de dureza Rockwell como unnmero derivado del incremento neto enla profundidad del indentador cuando lafuerza en el indentador es incrementadadesde una fuerza previa (preliminarespecfica) hasta una fuerza total(especfica) y luego retornada al valor defuerza previa.

El estndar ASTM E 18-79 especifica untiempo de aplicacin de la carga principal

de no ms de 2s, luego del detenimientode la palanca de aplicacin, ademsadvierte lo siguiente: en el caso deensayarse materiales que presentenpequeo flujo plstico o no lo presentenluego de la aplicacin total de la carga, lapalanca debe ser retornadainmediatamente para retirar la cargaprincipal; en el caso de flujo plstico



considerable, lo que se manifiesta en elmovimiento del puntero del indicadorluego del detenimiento de la palanca deaplicacin de la carga, sta debe serretornada luego de 2s de aplicada lafuerza (detenimiento de la palanca).

Ensayo de dureza Vickers

El estndar ASTM E 92-82 define ladureza Vickers como un mtodo deensayo por indentacin por el cual, conel uso de una mquina calibrada, sefuerza un indentador piramidal de basecuadrada que tiene un ngulo entrecaras especfico, bajo una cargapredeterminada, contra la superficie del

material a ser ensayado y se mide ladiagonal resultante de la impresinluego de remover la carga.

El estndar ASTM E 92 presenta lassiguientes exigencias a las mquinas demedicin de dureza Vickers: el diseodebe ser tal que se excluya cualquiermecimiento o movimientos laterales delindentador o de la probeta durante laaplicacin de la carga.

En las mquinas que usan pesos muertospara la aplicacin de la carga debenevitarse las sobrecargas al momento dela aplicacin de la fuerza causadas por lainercia del sistema. Si el microscopio demedicin est incorporado ste debe

conservar la impronta en el campo ptico,luego de la aplicacin de la carga.

Cules son las relaciones matemticas

entre las diferentes escalas de medicin

de dureza de un material?

Puesto que la dureza no es una propiedad

del material muy definida y debido a las

diferencias experimentales de cada

tcnica, no se ha establecido un mtodogeneral para convertir las durezas de una

escala a otra, Los datos de conversin han

sido determinados experimentalmente y se

ha encontrado que son dependientes del

tipo de material y las caractersticas. La

escala de conversin ms fiable que existe

es la que corresponde a aceros. A

continuacin presentamos una tabla

comparativa entre los tres ensayos

usualmente utilizados.



Referencias

Mecanica de Materiales, Rusell Hibbeler. 8Ed.

http://www.utp.edu.co/~gcalle/index.htm
http://www.utp.edu.co/~gcalle/index.htmhttp://www.utp.edu.co/~gcalle/index.htmhttp://www.utp.edu.co/~gcalle/index.htm

informe lab. n°1. ensayos de dureza brinell, vickers y rockwell

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