Determinacion de La Dureza y Resiliencia

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINAS E INGENIERÍA METALÚRGICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA METALÚRGICA ASIGNATURA: TRATAMIENTOS TERMICOS

TEMA: DETERMINACION DE LA DUREZA Y RESILIENCIA

DOCENTE

: ING. GUILLERMO

BARRIOS RUIZ

ESTUDIANTE: FRANS ABEL HUAMAN TTITO CODIGO

: 124639

SEMESTRE

: 2016-II

CUSCO  –  PERÚ  PERÚ

OBJETIVO: -

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Familiarizarse con los criterios de valoración de la resistencia de los materiales a las cargas de impacto. Comparación de la conducta de un mismo material, frente al ensayo del péndulo de charpy. Identificar los comportamientos frágil y dúctil en la fractura de los metales, mediante observación visual.

FUNDAMENTO TEÓRICO

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DUREZA.

Es difícil definir la propiedad de "dureza", excepto en relación con la prueba empleada en particular para determinar su valor. Debe tenerse en cuenta que un número o valor de dureza no puede utilizarse directamente en trabajos de diseño, como se puede hacer con un valor de resistencia a la tensión, ya que los números de dureza no tienen significado intrínseco. La dureza no es una propiedad fundamental de un material, sino que está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas. El valor de dureza obtenido en una prueba determinada sirve sólo como comparación entre materiales o tratamientos. El procedimiento de prueba y la preparación de la muestra suelen ser sencillos y los resultados pueden utilizarse para estimar otras propiedades mecánicas. La prueba de dureza se utiliza ampliamente para inspección y control. El tratamiento térmico o el trabajo efectuado en una pieza metálica resultan generalmente en un cambio de dureza. Cuando se establece el valor resultante de la dureza de un tratamiento térmico a un material dado por un proceso determinado, esa estimación proporcionará un método rápido y sencillo (de inspección y control) para el material y proceso particulares. -

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Las diversas pruebas de dureza se pueden dividir en tres categorías: - Dureza elástica - Resistencia al corte o abrasión - Resistencia a la tención- traccion

GENERALIDADES DE LA PRUEBA DE IMPACTO

“Cuando un material es sujeto a un golpe repentino y violento, en el que la velocidad de deformación es extremadamente rápida, se puede comportar en una forma mucho más f rágil que la que se observa en otro tipo de pruebas, por ejemplo en el ensayo de tensión. Esto, se puede observar en muchos plásticos, ya que al estirarlo con mucha lentitud, las moléculas de polímero tienen tiempo de desenredarse o las cadenas de deslizarse entre sí y permitir deformaciones plásticas grandes. Sin embargo, si se aplica una carga de impacto, el tiempo es insuficiente para que esos mecanismos jueguen un papel en el proceso de deformación, y los materiales se rompen en for ma frágil, Con frecuencia se usa un ensayo de impacto para evaluar la fragilidad de un material bajo estas condiciones. En contraste con el ensayo de tensión, en el de impacto las tasas de deformación unitaria son mucho mayores”1. El ensayo de impacto consiste

en dejar caer un péndulo pesado, el cual a su paso golpea una probeta que tiene f orma de paralelepípedo, ubicada en unos soportes en la base de la máquina. Se debe dejar caer el péndulo desde un ángulo α = +/- 90º, para que la velocidad del péndulo, en el momento del golpe y en el punto de la nariz de golpeo sea de 4.11 m/s y de esta manera cumpla con los requerimientos de la norma que especifica que la velocidad del péndulo en el momento del impacto debe estar entre 3 m/s y 6 m/s. La probeta posee una muesca (entalle) estándar para facilitar el inicio de la fisura. Luego de golpear la probeta, el péndulo sigue su camino alcanzando cierta altura que depende de la cantidad de energía absorbida por la probeta durante el impacto. Las probetas que fallan en forma f rágil se rompen en dos mitades, en cambio aquellas con mayor ductilidad (baja fragilidad) se doblan sin romperse. Este comportamiento es muy dependiente de la temperatura y la composición química, lo cual obliga a realizar el ensayo con probetas a distinta temperatura, para evaluar y encontrar la “temperatura de transición dúctil-frágil". El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir l a energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el aérea debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia. La velocidad que adquiere la masa al golpear la probeta queda determinada por la altura del péndulo. Tras la rotura, la masa continúa su camino hasta llegar a una cierta altura, a partir de la cual se determina la energía absorbida. Así se medirá la energía absorbida por ese golpe. Las probetas que fallan en forma frágil se rompen en dos mitades, en cambio aquellas con mayor ductilidad se doblan sin romperse. Este comportamiento es muy dependiente de la temperatura y la composición química, esto obliga a realizar el ensayo con probetas a distinta temperatura, para evaluar la existencia de una "temperatura de transición dúctil-frágil". La energía absorbida por la probeta (en [J]), se puede medir calculando la diferencia de energía del péndulo antes y después del impacto, mediante la altura a la que llega el péndulo después de romper la probeta ecuación 1.1). El problema de este método es que resulta muy inexacto medir la altura a la que llega la masa, entonces como se sabe el ángulo inicial del péndulo (a) y la máquina registra el ángulo final (b), mediante relaciones trigonométricas se llega a relacionar la energía absorbida en función de los ángulos y el largo del brazo en la ecuación 1.2.

Cuanta mayor sea la fragilidad del material y menor su tenacidad más fácilmente romperá el péndulo la probeta y mayor altura alcanzará tras el impacto. Materiales muy dúctiles y tenaces que son capaces de absorber grandes cantidades de energía de impacto pueden incluso resistir el choque sin llegar a romperse; en este caso el valor de la resiliencia queda sin determinar.

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Fig. Probetas a utilizar para la prueba

FRACTURA

Es la separación de un sólido bajo tensión en dos o más piezas. En general, la fractura metálica puede clasificarse en dúctil y frágil. La fractura dúctil ocurre después de una intensa deformación plástica y se caracteriza por una lenta propagación de l a grieta. La fractura frágil se produce a lo largo de planos cristalográficos llamados planos de fractura y tiene una rápida propagación de la grieta.

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Energía de fractura por impacto para un acero al carbono

MECANISMOS DE FRACTURA

Clivaje: Fracturas típicas en policristales.

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Fractura trasngranular Las grietas propagan cortando los granos.

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Fractura intergranular Las grietas propagan a lo largo de las fronteras de grano.

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FRACTURA DÚCTIL.- Esta fractura ocurre bajo una intensa deformación plástica.

FRACTURA DÚCTIL

La fractura dúctil comienza con la formación de un cuello y la formación de cavidades dentro de la zona de estrangulamiento. Luego las cavidades se fusionan en una grieta en el centro de la muestra y se propaga hacia la superficie en dirección perpendicular a la tensión aplicada. Cuando se acerca a la superficie, la grieta cambia su dirección a 45° con respecto al eje de tensión y resulta una fractura de cono y embudo. FRACTURA FRÁGIL

La fractura frágil tiene lugar sin una apreciable deformación y debido a una rápida propagación de una grieta. Normalmente ocurre a l o largo de planos cristalográficos específicos denominados planos de fractura que son perpendiculares a la tensión aplicada. La mayoría de las fracturas frágiles son transgranulares o sea que se propagan a través de los granos. Pero si los límites de grano constituyen una zona de debilidad, es posible que la fractura se propague intergranularmente. Las bajas temperaturas y l as altas deformaciones favorecen la fractura frágil.

Superficies dejadas por diferentes tipos de fractura. a) Fractura dúctil, b) Fractura moderadamente dúctil, c) Fractura frágil sin deformación plástica. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS MATERIALES -

Probetas de acero ( liso, corrugado, muelle, acero de bajo carbono)

EQUIPOS Esmeril de desbaste Péndulo de sarpy   Torno

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PROCEDIMIENTO 1.- Determinación de la dureza de las probetas:  = Dónde:

P: Peso del martillo  S: superficie de huella 

 

=

⁄ 

. ∗. 

= 6.07 ⁄



Dureza del muelle:  = 



Dureza del acero corrugado:  = 



Dureza del acero liso:  = 



. ∗. 

= 3.41 ⁄

= 3.19 ⁄ . ⁄ = 3.71 Dureza del acero inoxidable:  =    ∗.  . ∗. 

2.- Determinación de la resiliencia:

=

 

Dónde: W: energía absorbida para producir la fractura en kilográmetros S: superficie de fractura de la probeta en 

=∗ℎ

Dónde: P: Peso del martillo

h: altura de caída del martillo que absorbe la probeta para ser fracturada donde 10° equivale a 0.15 m. 

Resiliencia del acero liso:

10°

0.15 m

33°

x

  = 0.495

 = 34.5  ∗ 0.495   = 17.0775 . 17.0775 =  4 ∗ 0.903  = 26.7   .⁄



Resiliencia del acero corrugado:

10°

0.15 m

45°

x

  = 0.675

 = 34.5  ∗ 0.675   = 23.29 .  23.29 =  4 ∗ 1.038  = 27.5   .⁄



10°

Resiliencia del muelle:

0.15 m

15°

x

  = 0.225  = 34.5  ∗ 0.225   = 7.76 .  7.76 3.947 ∗ 0.456  = 4.3   .⁄

=



10°

Resiliencia del acero inoxidable: 0.15 m

 = 34.5  ∗ 0.15   = 5.175 .  5.175 =  4 ∗ 1.152  = 5   .⁄ 3.- Haga un cuadro comparativo de los valores encontrados. PROBETA Muelle  Acero corrugado  Acero liso  Acero inoxidable

DUREZA EN

⁄ 

6.07 3.41 3.19 3.71

RESIENCIA EN

.⁄ 

4.- indique el tipo de fractura que tiene cada una de las probetas.

4.3 27.5 26.7 5