Ensayo de Dureza

 

ENSAYO DE DUREZA EN METALES Eduardo Ledezma Meza T00046633 Huberto Goez Acevedo T00049956 Mateo Londoño T00038056 Carlos José Romero Escorcia T00050878

INTRODUCCIÓN La dureza es una propiedad importante de los materiales metálicos, por lo tanto, conocer los aspectos referentes a esta propiedad es de gran ayuda en el campo de la ingeniería y un correcto ensayo de la prueba de dureza puede proporcionar información necesaria acerca del comportamiento y con este encontrar el tipo de metal que necesitamos utilizar para una aplicación en específico. Para determinar la dureza existen diversos métodos, tales como el ensayo de Brinell, el de Rockwell y el de Vickers. Esta práctica tiene como objetivo principal evaluar la resistencia de los materiales bajo cargas estáticas, con el fin de evaluar sus propiedades, determinar su calidad y el tamaño de la indotación causada por cada uno de los métodos de prueba.

OBJETIVOS Objetivo general Determinar la dureza de metales mediante pruebas de resistencia bajo cargas, utilizando tres distintos métodos, el ensayo de Brinell, el de Rockwell y el de Vickers. Objetivos específicos Analizar importancia la prueba además de dureza para conocer las propiedades, la calidad y ylareconocer resistencialaque tienen losdemateriales, identificar los factores influye a la dureza de estos mismos. Identificar los factores que influyen en la naturaleza del material, así como la funcionalidad de cada tipo de ensayo.

 

 

MARCO TEÓRICO 

Dureza La dureza es una propiedad física de los materiales es la firme unión de las moléculas que la conforman, que consiste en la oposición que tiene un material a su deformación plástica superficial, ya sea por rayado o penetración, está firme unión de moléculas es la que se encarga de impedir que cualquier otro objeto o sustancia penetre o comprometa el material. Se usa como magnitud en diversas áreas industriales en las que se requiere medir la capacidad de aguante o resistencia que tienen los materiales para usos específicos en los que se necesitan resultados óptimos. Se puede decir que la dureza es la Resistencia a la indentación permanente bajo cargas estáticas o dinámicas (dureza por penetración), Absorción de energía bajo cargas de impacto o dinámicas (dureza por rebote) también se toma como Resistencia a la abrasión (dureza por desgaste) y Resistencia al rayado (dureza por rayado).

Ensayo estático La velocidad de aplicación de las fuerzas al material no influye en el resultado del ensayo. En este caso un indentador se presiona contra la superficie de ensayo con una carga que se aplica en forma relativamente lenta. En general la medida de dureza en este tipo de ensayo resulta del cociente de la carga aplicada y el área de la huella que deja el indentador en la superficie. [3]

Ensayo dinámico La velocidad de aplicación de las fuerzas juega un papel decisivo. Un ejemplo de este ens ensayo ayo es el ensayo de flexión por choque. Es un tipo de ensayo en los que la carga se aplica en forma de impacto. En general el indentador es lanzado sobre la superficie a ensayar con energía conocida y el valor de dureza se obtiene a partir de la energía de rebote del penetrador luego de impactar en la muestra. En un ensayo dinámico se tiene como finalidad determinar las características de los materiales.

Dureza Brinell Se utiliza un penetrador esférico de acero durísimo. Carga prefijada de antemano durante un tiempo determinado. Se mide la huella que deja el penetrador en el material, cociente entre la carga aplicada y la sección de huellas. El valor de la dureza de Brinell se calcula:

 

En otras palabras, el ensayo de dureza Brinell consiste en presionar la superficie del material a ensayar con una esfera de acero muy duro o carburo de tungsteno, produciéndose la impresión de un casquete esférico correspondiente a la porción.

Dureza Rockwell 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. Consiste en penetrar en dos tiempos, en la capa superficial de la pieza un penetrador de forma  prefijada y medir el aumento permanente de la profundidad de penetración, este tipo de ensayo no requiere de una fórmula para determinar la dureza, ya que se obtiene directamente del dial indicador de la máquina.

Dureza Vickers: En este experimento se utiliza una carga pequeña, un penetrador diamante de punta piramidal de base cuadrada y ángulo en el vértice de 136º entre caras. El valor de la dureza Vickers es:

También es posible expresar el número Vickers en función de la profundidad de penetración h de la siguiente manera:

DESARROLLO DEL TRABAJO EQUIPOS Y MÉTODOS EXPERIMENTALES.

Figura 1. Indentadores

 

 

Figura 2. Durómetro

PROCEDIMIENTO (DUREZA ROCKWELL, BRINELL Y VICKERS) Las pruebas de dureza son realizadas en un durómetro que soporta la probeta y permite un contacto directo en un punto de la misma con el indentador, para permitir este contacto, se aplicó una fuerza inicial y luego se liberaron las cargas. Para tomar las medidas pertinentes se utilizó un microscopio que viene con el durómetro el cual se mueve hasta ven el punto donde se hizo la indentación y hacer la medición en el cual pudimos ver el diámetro de deformación en la probeta utilizada. Aunque la prueba de durezas es realizada de la misma forma, son distintas escalas, se aplican distintas fueras y el material utilizado dependiendo de cada una es diferente.

 

RESULTADOS DEL TRABAJO EXPERIMENTAL. De la experiencia se pudieron extraer los siguientes datos: Materiales

Indentador

Carga

Acero Aluminio

Cono Esférico

1471 N 306N

Bronce

Piramidal

980N

D

d

Objetivo

Dureza

2.5mm 1.012mm

2.5 x

54 HRC 37.1 HB

 No aplica

2.5 x

184 HV

1.004mm

Tabla 1. Datos experimentales

306N=31.2kp 980N=100kp

HB =

  2p   πD(D√D  d )

HV =

 1.854p   d

Dureza del aluminio

Dureza del bronce

  ×. HB = ×.×.−  = 31.1HB  √ . ×.×.−√  . −. 

 1.854x100 HV = 1.004   = 183.9HV  Tabla 2. Durezas Calculadas

 

SOLUCIÓN DE PREGUNTAS  Mencione dos objetivos específicos de la práctica   Aprender qué es y cómo podemos calcular la dureza de un material   Conocer en qué consisten tres de los diferentes métodos de medición de dureza

 

(Brinell, Rockwell y Vickers)

1.  ¿En qué consiste el método Knoop para determinar dureza? El ensayo de dureza de Knoop es un ensayo de micro dureza, utilizado para determinar la dureza mecánica especialmente de materiales muy frágiles o láminas delgadas, donde solo se pueden hacer hendiduras pequeñas para realizar la prueba. El penetrador utilizado es una  punta de diamante con forma piramidal. La dureza se determina mediante el cociente de la carga aplicada y el área de la impronta  proyectada sobre la superficie que se ensayada y en la que no debe tenerse teners e en cuenta la recuperación elástica del material. la medición de la superficie requiere se retire el penetrador y por lo tantoSin el embargo, material produce la recuperación elástica y la que consecuente deformación de la impronta. [1] El valor de dureza Knoop en función del (diagonal del romboide) resulta:

Donde: L es la diagonal del romboide P la carga La longitud de la diagonal l puede variar de 5 a 1000μ según la carga y la dureza del material.

2.  ¿En qué consiste el método Shore para determinar dureza? Dureza shore (Ensayo dinámico de dureza por rebote) Mide la reacción elástica del material cuando dejamos caer sobre él o intentamos penetrarlo con un material más duro. Mientras más blando sea el material, mayor cantidad de la energía que lanzamos o presionamos sobre él se absorbe en el choque. El resto de energía se traduce en un rebote, que es lo que medimos en este ensayo. El método de laboratorio se basa en dejar caer un percutor desde una altura de unos 250 mm por una guía escalada, midiéndose la altura del rebote. Debemos tener la seguridad de queunlaensayo superficie a ensayar sea plana pues de lo contrario se desvirtúa el ensayo. Se considera no destructivo.

 

3.  Investigue acerca de la clasificación de los aceros respecto a su dureza.   Aceros dulces: Cuando el porcentaje de carbono es del 0,25% máximo. Estos aceros



tienen una resistencia última de rotura en el rango de 48-55 kg/mm2 y una dureza Brinell en el entorno de 135-160 HB. Son aceros que presentan una buena soldabilidad aplicando la técnica adecuada. Aplicaciones: Piezas de resistencia

media de buena tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes, etc.

  Aceros semidulces: El porcentaje de carbono está en el entorno del 0,35%. Tiene



una resistencia última a la rotura de 55-62 kg/mm2 y una dureza Brinell de 150-170 HB. Estos aceros bajo un tratamiento térmico por templado pueden alcanzar una resistencia mecánica de hasta 80 kg/mm2 y una dureza de 215-245 HB. Aplicaciones: Ejes, elementos de maquinaria, piezas resistentes y tenaces, pernos, tornillos, herrajes.   Aceros semiduro: Si el porcentaje de carbono es del 0,45%. Tienen una resistencia a la rotura de 62-70 kg/mm2 y una dureza de 280 HB. Después de someterlos a un tratamiento de templado su resistencia mecánica puede aumentar hasta alcanzar los 90 kg/mm2. Aplicaciones: Ejes y elementos de máquinas, piezas bastante resistentes, cilindros de motores de explosión, transmisiones, etc.



  Aceros duro: El porcentaje de carbono es del 0,55%. Tienen una resistencia



mecánica de 70-75 kg/mm2, y una dureza Brinell de 200-220 HB. Bajo un tratamiento de templado estos aceros pueden alcanzar un valor de resistencia de 100 kg/mm2 y una dureza de 275-300 HB. Aplicaciones: Ejes, transmisiones, tensores y  piezas regularmente cargadas y de espesores esp esores no muy elevados. [2]

4.  Averigüe acerca de la conversión entre los valores de dureza utilizando distintos DI METRO DE DUREZA LA HUELLA BRINELL mm*) HB 4,02 226 4 229 3,98 231 3,96 234 3,94 236 3,92 3,9

239 241

DUREZA VICKERS HV 237 241 243 246 248 251 253

DUREZA ROCWELL HRB 97,8 98,2 98,5

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN HRC Nmm*) 764 773 20,9 779 21,5 788 21,8 794 22,4 22,9

805 815

 

3,88 3,86 3,84 3,82 3,8 3,78 3,76 3,74 3,72 3,7 3,68 3,66 3,64 3,62 3,6 3,58

244 246 249 252 255 257 260 263 266 269 272 275 278 282 285 288

3,56 3,54 3,52 3,5 3,48 3,46

292 295 298 302 306 309

256 258 262 265 268 270 273 277 279 283 286 289 292 296 299 302 307 310 313 317 321 325 2. En la conversión de los valores de la dureza Brinell a otras unidades de medida (HV, HRB, HRC, resistencia a tracción), hay que tener en

cuenta quevalores los valores de laPara Tabla son medios. analizar las posibles faltas de 1. La incertidumbre de la coincidencia es necesario, medición en el ensayo de dureza además, tener en cuenta la Brinell por el método del dispersión de las conversiones diámetro es de +3% (crf DIB 51  para la incertidumbre de la 305 y ISO/R 156). medida

Tabla 4. Comparativa de dureza [4]

23,5 23,8 24,3 24,8 25,3 25,6 26,2 26,7 27,1 27,5 27,9 28,4 28,9 29,4 29,8 30,2

826 832 841 850 859 865 876 888 900 909 918 927 940 956 965 974

30,6 31 31,4 31,9 32,4 32,8

986 995 1007 1022 1036 1045

 

CONCLUSIÓN Cada uno de los tipos de ensayo de dureza son importantes en el área de ingeniería debido que continuamente se necesitan datos de un determinado material, como su dureza, flexibilidad, resistencia y durabilidad, entre otras propiedades, para establecer si dicho material es apto o no para ser utilizado en una determinada labor. En esta experiencia se determinó la dureza de probetas de acero, de aluminio y de bronce utilizando distintas escalas para cada una de ellas, para tener una idea de su solidez y firmeza. Más específicamente, se analizó el comportamiento de los materiales por un ensayo de dureza estático, donde se utilizó la escala Brinell, Vickers y Rockwell; siendo la última una medida de profundidad de la indentación, a diferencia de las escalas Vickers y Brinell que indican el resultado de dividir la carga aplicada por la superficie de la huella. Para el ensayo Rockwell se utilizó el indentador de cono para realizar la penetración a la  probeta de acero 1045, este ensayo ensa yo arrojo un valor experimental de dureza de 1188 HRC, el cual es un valor definitivo porque en esta escala no se determina un valor teórico. En cuanto al ensayo Brinell se utilizó un indentador esférico para realizar la impronta en una  probeta de aluminio 6061, y este arrojo un valor experimental ex perimental de 55 HB, muy parecido a el valor teórico calculado de 54,99 HB, lo cual indica que las mediciones tuvieron un margen de error muyrespectivamente. bajo, con un promedio y desviación estándarVickers de aproximadamente 54,995 y 0.0070107, Finalmente, para el ensayo se utilizó un indentador  piramidal para la probeta de bronce y se calculó un u n valor de dureza teórico y experimental de 97,9 HV, lo cual muestra que el margen de error fue despreciable.

BIBLIOGRAFÍA 1.  http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4913/html/144_  ensayo_knoop.html   ensayo_knoop.html 2.  Ingemecanica. (Sin fecha). Característica mecánicas del hacer. Recuperado de https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn100.html 3.  https://www.accesus.es/es/glosario-tecnico/Glosario-1/E/Ensayo-est%C3%A1tico130/. 4.  http://www.sermetal.com/portal/es/tabla-comparativa-durezas