objetivos del ensayo de dureza
TRANSCRIPT
1. OBJETIVOS DEL ENSAYO DE DUREZA:
Interpretar la dureza como una propiedad mecánica que mide la
resistencia a ser penetrado
Conocer los diferentes métodos y ensayos para medir la dureza con sus
respectivas escalas de dureza(Brinell,Rockwell,Vickers)
Medir la dureza de algunos de los materiales mas usados como: el acero,
aluminio, bronce y cobre y comprobar experimental mente por que el
acero es el material mas usado en construcción y estructuras metálicas
Diferenciar un ensayo destructivo de un ensayo no destructivo
Entender el concepto de microdureza, asi como, sus métodos y escalas
2. DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS:
Para la medición de dureza se usaron tres tipos de equipos:
ENSAYO BRINELL: El equipo Brinell es un sistema de prensa graduado
mide la dureza a la penetración, está conformado esencialmente por:
Identador: bola de acero de alta dureza que penetra el material a
estudiar, los diámetros del identador normalizados son 10mm, 5mm,
2.5mm con una precisión de ±0,005 ,±0,004 y ±0,0035
respectivamente
Cargas: son las cargas verticales aplicas al material y varían en
funcion del diámetro del identador y el factor de carga del material,
pero comúnmente se usan las cargas normalizadas 3000kgf, 1500kgf
y 500kgf, hay equipos que utilizan el sistema de carga muerta que se
utiliza para eliminar la deformación inicial por elasticidad y ser más
precisa la medición, si ese es el caso tomar las precauciones para
evitar cualquier sobrecarga momentánea.
Medida de dureza: se calcula como la distribución de carga por
unidad se área de la huella, tiene unidades de presión pero no debe
interpretarse como tal.
Huella de la penetración: es el casquete esférico que queda sobre el
material cuya área superficial es necesaria para calcular la dureza
Brinell
Medida de la huella: en el caso de cargas grandes se puede medir los
diámetros directamente con reglas vernier pero cuando los diámetros
son pequeños se usaran micrómetros o microscopios con una
precisión de 0,02mm
ENSAYO ROCKWELL: El equipo Rockwell usado es similar al Brinell
pero con mayor rango de aplicación, ya que, trabaja con varias escalas
que permiten medir materiales muy suaves o muy duros.
Indentador: son dos bolas macizas de acero endurecido (de 1/8 y 1/16
pulgadas) para materiales relativamente suaves y un penetrador de
diamante en forma de cono (cono brale) para materiales altamente
duros, como aceros carburados.
Cargas: las cargas aplicadas a las muestras son de 60,100 y 150 kgf,
además se combinan con cada uno de los identadores que en conjunto
forman un sistema de nueve escalas de dureza.
Precarga: ese utiliza este mecanismo para eliminar el comportamiento
elástico inicial de la muestra
Escalas: son un conjunto de nueve escalas, además procurar que los
valores de dureza estén entre 20 y 100.
Símbolo de la escala
PenetradorCarga
mayor (kg)Aplicaciones
A Diamante 60Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros. Chapas duras y delgadas.
BEsfera de 1/16
pulgada100 Aceros recocidos y normalizados.
C Diamante 150 Aceros tratados térmicamente.D Diamante 100 Aceros cementados.
EEsfera de 1/8
pulgada100 Metales blandos y antifricción.
FEsfera de 1/16
pulgada60 Bronce recocido.
GEsfera de 1/16
pulgada150 Bronce fosforoso y otros materiales.
HEsfera de 1/8
pulgada60
Metales blandos con poca homogeneidad, fundiciones con base hierro.
KEsfera de 1/8
pulgada150 Aplicaciones análogas al tipo anterior.
ENSAYO VICKERS: la ventaja del método vickers es que permite medir la
dureza de todos los materiales y compararlos en una escala universal, se
compone principalmente de:
Indentador: usa un penetrador único de diamante con forma de
pirámide rectangular de base cuadrada y un angulo de 136° entre
aristas
Carga: el ensayo vickers es usado para medir dureza, asicomo,
microdureza eso depende de las cargas que pueden ser desde 50 g
hasta 125kg.
Microscopio: permite estudiar la huella dejada sobre el material en el
caso de microdureza
3. DESCRIPCION EXPERIMENTAL:
ENSAYO BRINELL:
Asegurarse que el espesor del material sea como minimo diez veces la
profundidad de la penetración
Colocar la muestra sobre la mesa de apoyo y colocarla a nivel
Cargar el sistema de prensa con la carga deseada
Alinear la muestra con el identador
Aplicar la precarga o carga muerta tratando de no sobrecargar la
muestra
Aplicar la carga restante entre unos 10 a 15 segundos en metales
duros y hasta 30 segundos en materiales muy duros.
Luego de ese tiempo retirar la carga aplicada a la muestra
Medir las dimensiones de la huella dejada
Calcular el cociente entra la carga y el área de la huella, el resultado
tiene unidades HB(dureza Brinell)
ENSAYO ROCKWELL:
Asegurarse que la muestra este bien pulida en su superficie
Luego colocarla sobre el apoyo y vertical a la línea de acción del
identador hasta que se encuentre próximos
Asegurarse que el penetrador no se encuentre muy al filo, lo
recomendable es el centro de la muestra de forma cilíndrica
Activar el mecanismo de precarga mediante el sistema de volantes
graduados hasta que ambas agujas en la báscula sean verticales
En seguida completar la carga total sobre la muestra con cuidado de
no mover el apoyo
Después retirar la carga con la manija de descarga
ENSAYO VICKERS:
fijar la probeta de metal al vidrio apoyo y alinearlos horizontalmente
con una prensa de mano
colocar el conjunto sobre la plataforma del micrómetro
aplicar la carga sobre la superficie de la probeta perfectamente pulida
luego de eso retirar la carga
medir las diagonales de la huella dejada sobre la muestra haciendo
uso del microscopio electrónico
para eso alinear la diagonal a medir con la vertical
luego coincidir el vértice inferior con una de las horizontales de
referencia
desplazar la recta graduada a cero
completar lo que falta para que la horizontal mas próxima al vértice
superior coincidan, girando el tornillo milimétrico
el desplazamiento recorrido es lo que marca la regla micrométrica
sumar ambos desplazamiento y lo mismo para la otra diagonal
luego la dureza vickers se calculara como 1,854 multiplicado por el
cociente de la carga y el cuadrado de la diagonal media.
4. DATOS DE LABORATORIO:
ENSAYO BRINELL:
El diámetro del indentador fue 10mm
La carga usada fue de 3000kg
Después de colocar la muestra sobre el durómetro durante 15
segundos se midio las dimensiones de la huella
Con ayuda de la regla vernier el primer diámetro media 3,4mm
Luego se procedio a medir el segundo diámetro el cual media 3,35mm
ENSAYO ROCKWELL:
Aluminio:
En el primer ensayo la dureza fue 46 Hrb
En el segundo ensayo la dureza fue 44 Hrb
Cobre:
Em un inicio se uso la escala b y tenia una dureza de 9 Hrb lo cual
no es una dureza representativa
Se cambio a la escala e para metales mas blandos
En el primer ensayo la dureza fue 27 Hre
En el segundo ensayo se obtuvo 40 Hre
Debido a la gran desviación se hizo un tercer ensayo y se obtuvo
41 Hre
Bronce:
primera medición fue 84 Hrb
la segunda medición se obtuvo 83 Hrb
Acero(0,1%C):
en la primera medición se obtuvo 98 Hrb
en la segunda medición se obtuvo 98 Hrb
acero(0,4%C)
en la primera medición se obtuvo 106 Hrb
en la segunda medición se obtuvo 106 Hrb
ENSAYO VICKERS:
Acero de construcción:
se utilizo una carga de 200g
la primera diagonal de la huella media 38 micras
la segunda diagonal de la huella media 38micras
Acero bajo en carbono:
Se utilizo una carga de 200g
La primera diagonal media 46 micras
La segunda diagonal media 44 micras
Bronce:
Se utilizo una carga de 100 g
La primera diagonal media 31 micras
La segunda diagonal media33 micras
Cobre:
Se utilizo una carga de 100g
La primera diagonal media 44,5 micras
La segunda diagonal media 44 micras
Aluminio:
Se utilizo una carga de 100 g
La primera diagonal media 57 micras
La segunda diagonal media 56 micras
5. CALCULOS Y RESULTADOS:
ENSAYO BRINELL:
Diametro promedio fue d=3,375mm
Con los datos experimentales se reemplazan en la siguiente formula
para obtener la dureza brinell (HB)
HB= 2P
πD (D−√D2−d2)
HB= 2x 3000
3,14156 x10 x (10−√102−3,3752)=325,5
ENSAYO ROCKWELL:
Aluminio:
La dureza promedio del aluminio es 45 HRb
La penetración f se calcula: f=(130−HR ) x 0,002mm , por lo tanto, es
igual a f=0,17mm
Cobre:
en primer lugar se midio la dureza en la escala b y el durómetro nos
dio un valor de 9 HRb, un valor no representativo para dicha
escala, es decir , el cobre es muy suave para usar la escala b
luego se cambio la escala y La dureza del cobre fue 40 HRe, es
decir , se trata de un meta relativamente blando
f=(130−HR ) x 0,002mm , por lo tanto la penetracion fue 0,18mm
Bronce:
Este metal tiene un promedio de dureza 83,5 HRb, se observa que
es mucho mas duro que el aluminio y a su vez este es mas duro
que el cobre.
f=(130−HR ) x 0,002mm , reemplazando datos se obtiene
f=0,093mm aproximadamente
Acero(0,1%C):
Este tipo de acero de bajo carbono presenta una dureza de 98 HRb
Ademas se comprueba que este material es mas duro que el
bronce
f=(130−HR ) x 0,002mm, reemplazando se obtiene f=0,064mm
Acero(0,4%C)
Debido a que la dureza de los aceros esta en relación directa con la
cantidad de carbono, este tipo de acero presenta 106 HRb de
dureza.
Como sugerencia hubiera sido mejor utilizar otra escala debido a
que la dureza de este en la escala b es mayor que 100 HRb y
puede haber algún tipo de error
f=(130−HR ) x 0,002mm, reemplazando se obtiene f=0,048mm
ENSAYO VICKERS:
6. BIBLIOGRAFIA:
7. ANEXOS:
8. CUESTONARIO:
¿En qué casos es recomendable el uso de los equipos portátiles para
la medición de dureza?
Se puede usar equipos portátiles cuando se quiere medir durezas de
piezas específicas, ya que, de hacerlo de forma convencional las piezas
tienen diferentes formas y tamaños lo que sería complicado, además no
se le quiere causar deformaciones permanentes. El más usado de los
equipos portátiles portátiles es el durómetro shore.
¿A qué se denominan ensayos de microdureza, en qué casos se
aplican, cuáles existen?
se entiende por microdureza a los ensayos de dureza que utilizan cargas
de 2kg o menos, debido a esta magnitud de carga las huellas que deja
son del orden micro. Hay dos tipos predominantes de ensayos de
microdureza: el primero es el ensayo vickers y el otro el ensayo knoop,
ambos se diferencian por el tipo de identador, el primero usa un identador
piramidal de diamante de base cuadrada (izquierda) y el segundo un
identador piramidal de diamante de base rómbica (derecha).
Describa la relación que existe entre el número de la dureza Brinell
de un acero al carbono y su resistencia mecánica
La resistencia mecánica es el resultado de una serie de pasos que se desarrollan
a nivel macro y micro estructura. Al nivel de la metalurgia mecánica, por medio
de técnicas de endurecimiento se puede aumentar el número de obstáculos al
movimiento de dislocaciones, por lo tanto el esfuerzo, necesario para el
desplazamiento de éstas, aumenta confiriéndole al material una resistencia que
se traduce en el aumento de la dureza, ya que esta propiedad de alguna manera
es la carga necesaria para que el indentador penetre en la superficie, es decir
carga por área transversal no es otra cosa que esfuerzo aplicado. Como una
regla para la mayor parte de los aceros, la dureza Brinell y la Resistencia
a la tracción se pueden relacionar mediante la siguiente expresion:
RT(Kg/mm2) = 3,45 x (HB)
¿Qué aplicación tiene el esclerómetro Shore?
El esclerómetro es un instrumento de medición que consiste en un
aparato formado por un tubo de cristal de 300 mm de altura, por cuyo
interior cae un martillo con punta de diamante redondeada de 2,36g, la
altura de caída es 254mm y la escala esta dividida en 140 divisiones, a
diferencia de los demás durómetros este es un ensayo no destructivo,
mide la dureza por medio del rebote del martillo luego de haberlo soldado
en posición vertical.
¿Cómo se relaciona el valor de la dureza con el tamaño de grano?
El tamaño del grano influye en las propiedades mecánicas de los
materiales y aleaciones, por ejemplo un material de grano fino es mas
resistente y duro que un material de grano grueso, debido a que en este
ultimo hay mas juntas que acumulan tensiones, por lo tanto debe
verificarse que el tamaño del grano es inversamente proporcional a la
dureza. Podemos hacernos una idea de los tamaños del grano si
observamos la siguiente figura tomadas sobre un superficie de 0,01mm2
