Guia des y Ensayos de Materiales

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1. INTRODUCCIÓN Los materiales industriales se pueden clasificar como: • • • • •

Materiales metálicos Materiales poliméricos (plásticos y gomas sintéticas) Materiales cerámicos Materiales compuestos Materiales electrónicos (semiconductores)

• •

Metales y aleaciones férreas Metales y aleaciones no férreas

Los materiales metálicos se puede clasificar como:

Los metales son materiales correspondientes a las sustancias inorgánicas compuestos por uno o mas elementos metálicos, pudiendo contener también algunos elementos inorgánicos Ejemplo de elementos metálicos son: • • • • • •

Hierro (fierro),(Fe) Cobre (Cu) Aluminio (Al) Níquel (Ni) Titanio (Ti) etc.

Ejemplo de elementos no metálicos que pueden estar contenidos en los metales: • • • •

Carbono (C) Nitrógeno (N) Oxigeno (O) etc.

Los materiales metálicos pueden ser metales puros o aleaciones metálicas, siendo la mayoría de los materiales metálicos de usos industriales aleaciones metálicas que en general presentan mejores propiedades mecánicas que los metales puros. Los metales tienen una estructura en la cual los átomos se encuentran dispuestos en una forma determinada denominada "estructura cristalina" que representa una forma ordena de distribución, la cual le confiere al metal muchas de sus propiedades. 1.1 PROPIEDADES DE LOS METALES. Las propiedades se manifiestan en el interior del material y están asociadas a la estructura cristalina del mismo. Estas propiedades se pueden diferenciar según el campo de aplicación del material como propiedades: • • • • •

Físicas Químicas Eléctricas Mecánicas Tecnológicas

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1.1.1

PROPIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS Y ELÉCTRICAS

Estas propiedades suelen agruparse como propiedades físicas y las que más interesan desde el punto de vista de la aplicación industrial son: • • • • • • • •

Densidad Peso especifico Calor especifico Punto de fusión Conductividad térmica Conductividad eléctrica Resistencia eléctrica Dilatación térmica

Densidad y peso especifico Todo cuerpo de un material, esta constituido por cierta cantidad de sustancia o de materia denominada masa (m) del cuerpo. Sobre esta masa del cuerpo, la masa de la tierra ejerce una fuerza de atracción denominada fuerza gravitatoria (G), también conocida como peso del cuerpo Todo cuerpo material ocupará un volumen (V) en el espacio Densidad Es la relación entre la masa de un cuerpo respecto al volumen que ocupa en el espacio. DENSIDAD

δ=m/V

Peso especifico es la relación entre la fuerza de gravitación G que actúa sobre un cuerpo respecto al volumen que ocupa dicho cuerpo. PESO ESPECIFICO

γ = G / V = mg / V

Unidades de masa son el kilogramo [kg] y el gramo [g] Unidades de volumen son el centímetro cúbico [cm 3 ], el decímetro cúbico [dm 3 ] y el metro cúbico [m 3 ]. Unidades de fuerza gravitatoria o peso son. el Newton [N], el Kilopond [kp] y el decaNewton o da newton [dN] g = Es la aceleración de la gravedad se puede considerar g = 9,8 [m/s2] Nota: 1 [dN] = 1 [kp] Si se conoce el volumen de un cuerpo y el material de que esta constituido, se puede determinar el peso total del cuerpo, mediante la expresión: G = γ xV Algunas propiedades físicas se pueden obtener de la tabla 1.1

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Alargamiento %

Aluminio 2024T3 Aluminio 6061T6

0,23

0,45

530

35

50

18

2.70

2.70

0,23

0,37

600

28

32

17

Aluminio7079-T6

2.74

2.74

0,23

0,29

500

48

55

14

19-27

23-36

1 - 3,5

13

30 20 - 50

660

Berilio QMV

Be

4

Hex.

1.85

1.85

0,45

0,35

1285

Cobre puro

Cu

29

CCC

8.90

8.90

0,092

0,93

1084

Oro puro

Au

79

CCC

19,32 19,32 0,031

0,71

1063

Plomo puro

Pb

82

CCC

11,34 11,34 0,031

0,09

345

0,9

1,8

Molibdeno forjado

Mo

42

CC

10,30 10,30

0,07

0,34

2630

56

84-140

Níquel puro

Ni

28

CCC

8,90

0,11

0,22

1455

Platino

Pt

78

CCC

21,45 21,45 0,031

0,16

1773

Plata pura

Ag

47

CCC

10,5

10,5

0,056

0.99

960

Acero AISI C1020

7,85

7,85

0,10

0,11

Acero AISI304

8,03

8,03

0,12

8,90

14-17

35 - 40

6

13

48

1530

34

46

36

0,04

1450

27

61

65

35-102

1 - 40

140

9

13-420

1-3

Tantalio

Ta

73

CC

16,60 16,60

0,03

0,13

3030

Titanio

Ti

22

HC

4,85

4,85

0,13

0,017

1730

Tungsteno

W

74

CC

19,3

19,3

0,033

0,39

3400

Antimonio

Sb

51

hex.

6.70

630.7

Cobalto

Co.

27

HC

8.83

1495

Cromo

Cr

24

BC

7.19

1875

Estaño

Sn

50

CCC

2.6

768

Hierro

Fe

26

CCC BC

7.87

1538

Itrio

Y

39

HC

4,469

1522

Molibdeno

Mo

42

CC

10.22

2610

Silicio

Si

14

CCC

2.33

1410

Vanadio

V

23

CC

6.1

1900

133

Módulo de elasticidad [dN/ mm2 o kp/mm2]

Limite de ruptura [dN /mm2 o kp / mm2]

2,77

2.699

Calor especifico [Cal / g x ºc] Conductividad Térmica [Cal / (cm2 sºc / cm)] Temp. De fusion ºc

2,77

CCC

Peso especifico [Kp / dm3]

Limite de fluencia [Kp/mm2]

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Densidad G /cm3

Al

Estructura cristalina

Aluminio puro

Símbolo atómico

MATERIAL

Número atómico

TABLA N° 1.1 PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE DIVERSOS METALES

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1.1.2. PROPIEDADES TECNOLOGICAS DE LOS METALES Estas propiedades indican el comportamiento de un material metálico a un proceso de trabajo del material, algunas de estas propiedades son: • • • • •

Colabilidad Maleabilidad Mecanizabilidad Soldabilidad Templabilidad

Colabilidad. Se denominan metales colables a aquellos materiales que funden y pueden colarse en moldes a temperaturas rentables Maleabilidad Es una propiedad de los materiales metálicos que en estado sólido admiten variaciones plásticas o deformaciones permanentes de su forma bajo cargas, conservando su cohesión sin acusar grietas ni roturas. Los materiales que tienen la aptitud de ser transformados en láminas muy delgadas por el proceso de laminado en frío o en caliente, deben ser o son materiales muy maleables. Mecanizabilidad También denominado índice de mecanizado o mecanibilidad es la propiedad que tienen los materiales metálicos de ser mecanizados por arranque de viruta aplicando fuerzas de corte tecnológicamente razonables y a un bajo costo Se considera como índice de referencia el valor 100 para un acero C45 normalizado Soldabilidad Es la propiedad de un material metálico de ser unido entre sí y con otros materiales mediante un proceso de soldadura por fusión o por presión. Templabilidad Es la propiedad de un material metálico que indica su aptitud para ser endurecido por un proceso de tratamiento térmico predeterminado. Estas propiedades tecnológicas son propiedades cualitativas, es decir se puede decir que un material metálico tiene más o menos aptitud para ser soldado, templado, etc., aunque en algunos casos se a intentado elaborar ensayos y procedimientos para poder medir estas propiedades.(Propiedad cuantitativa)

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1.1.3. PROPIEDADES MECANICAS DE LOS METALES Las propiedades mecánicas se manifiestan al someter a los materiales a determinados ensayos mecánicos . Las propiedades mecánicas de los materiales metálicos que son de importancia en aplicaciones industriales son las siguientes: • • • • • • • • • •

Resistencia a la tensión de tracción, (esfuerzo de tracción) Resistencia de cizalle o cortadura, (esfuerzo al corte por cizalle) Resistencia de flexión, (esfuerzo de flexión) Resistencia de compresión (esfuerzo de compresión) Elasticidad (módulo elástico) Alargamiento (porcentaje de alargamiento) Tenacidad Estricción Resiliencia Dureza

Todas estas propiedades mecánicas tienen como factor común que describe el comportamiento del material bajo la acción de fuerzas externas, y son todas mensurables, medibles o cuantitativas. La resistencia a la tensión • • •

Mide la capacidad que tiene un material de soportar las fuerzas o cargas que tiendan a deformarlo o a romperlo. Esta capacidad depende de la mayor o menor cohesión que tiene la estructura cristalina del material cohesión a nivel atómico o molecular Esta propiedad cuantitativa se puede determinar mediante ensayos mecánicos tales como: • • • • • •

Ensayo de tracción Ensayo de cortadura o cizalle Ensayo de flexión Ensayo de compresión Ensayo de fatiga Etc.

De todos los ensayos señalados el más utilizado es el ensayo de tracción porque es el que permite determinar otras propiedades mecánicas además de la resistencia a la tracción (σB ). Estas otras propiedades son: ¾ ¾ ¾ ¾

Elasticidad Alargamiento Estricción Tenacidad

Elasticidad •

•

Es la propiedad que tienen los materiales metálicos y también otros no metálicos de admitir deformaciones bajo la acción de una carga o fuerza y recuperar su forma y dimensión inicial una vez que cesa la carga.(deformación elástica) En los metales esta propiedad esta determinada por el módulo de elasticidad y limitada hasta el límite elástico, que al sobrepasarlo, el material se deformará permanentemente. (deformación plástica)

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Alargamiento • •

Propiedad cuantitativa que: Mide la cantidad de alargamiento que experimenta un material metálico (en un ensayo de tracción) hasta que se rompe (incluye deformación elástica y plástica ) Se mide en tanto por ciento (% de alargamiento) y se determina por la expresión ( Lf - Li ) 100 Alargamiento % = --------------------Li Lf. Largo final Li: Largo inicial

•

•

A mayor % de alargamiento más dúctil es un material, lo que indica la aptitud que tiene un material de ser alargado plásticamente sin romperse, propiedad muy necesaria cuando se trata de estirar material para obtener alambre de diámetro pequeño, a un bajo costo.(proceso de estirado o trefilado) Esta propiedad se puede observar para algunos materiales en la tabla Nº 1.1

Estricción Propiedad cuantitativa que: • • •

Mide la cantidad de reducción de sección transversal que experimenta un material metálico ( en un ensayo de tracción) hasta que se rompe. Se mide en tanto por ciento ( % de Estricción) También señala la ductilidad de un material y a mayor % de estricción más dúctil es el material (di - df ) 100 Estricción % = --------------------di

di = Diámetro inicial df = Diámetro final Tenacidad Propiedad cuantitativa que: • • •

Se refiere a la capacidad que tienen los materiales metálicos de resistir esfuerzos de deformaciones (tracción, cortadura, flexión, etc.) sin fracturarse Lo opuesto de la tenacidad es la fragilidad, que indica que un material se deformara muy poco bajo la acción de una solicitación de carga o fuerza y se romperá Un material es más tenaz cuando para romperlo se requiere mayor cantidad de trabajo mecánico (fuerza por distancia), esto se puede apreciar en un diagrama de tracción.

Dureza Propiedad cuantitativa que: • •

•

Permite comparar un material con otro La dureza es una propiedad fundamental de los materiales y representa una propiedad comparativa, es decir que permite establecer que material es más duro o más blando que otro, una forma sencilla de comprender lo anterior es establecer la forma como se mide la dureza, lo que da origen a varios tipos de dureza La dureza a la penetración es uno de los tipos de dureza más utilizada en la medición de esta propiedad de los materiales metálicos.

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ENSAYO DE TRACCIÓN • •

Este ensayo consiste en someter a un material metálico (probeta de ensayo) a una solicitación de tracción hasta que el material de la probeta se rompa Este ensayo se utiliza para determinar las siguientes propiedades mecánicas de los materiales metálicos :

¾ Resistencia a la tracción o tensión de rotura por tracción (σB) en [N/mm2], [dN/mm2], [kp/mm2] y [Mpa], también en [Lb/in 2] ¾ Esfuerzo en él limite elástico (σE) en [N/mm2] , [dN/mm2] , [kp/mm2] y [Mpa], también en [Lb/in 2] ¾ Modulo de elasticidad o módulo de Young ( E ) en [N/mm2] , [dN/mm2 ] , [kp/mm2 ] y [Mpa], también en [Lb/in 2] ¾ % de alargamiento ¾ % de Estricción ¾ tenacidad (a la tracción) ¾ Deformación total en una longitud dada en mm ¾ Deformación unitaria (ε) en [mm/mm] DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO

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•

La maquina de ensayos universal de la figura permite aplicar la fuerza necesaria para romper la probeta del material metálico, siendo capaz de registrar en un gráfico las deformaciones y las fuerzas que se producen a medida que se realiza el estiramiento del material.

•

El ensayo comienza instalando la probeta entre las mandíbulas de las mordazas de la máquina, luego se procede a aplicar lentamente y en forma uniforme la carga registrando en un gráfico el ensayo.( si la máquina no posee un graficador, se deberá realizar un cuadro de valores con las cargas aplicadas en un instante y las deformaciones provocadas con dicha carga)

PROBETAS DE ENSAYO •

Las propiedades determinadas en el ensayo dependen de la forma de la probeta, por tal motivo estas se encuentran normalizadas en las normas ASTM y en las Normas DIN

•

Las dimensiones también dependen de la máquina de ensayo disponible y del tipo de material metálico a ensayar. Por lo tanto a modo de orientación a falta de información normalizada se puede señalar que la norma establece un criterio básico en cuando a proporcionalidad de las probetas. Con L = 5 a 10 d ( l : longitud de medición de la probeta y d : diámetro de la probeta.

•

Las figuras siguientes muestran información gráfica respecto de las probetas.

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RESULTADOS DEL ENSAYO •

La resistencia a la rotura por tracción se obtiene dividiendo la carga máxima de rotura por la sección transversal inicial de la probeta CARGA DE ROTURA

σB = P / S

σB = ------------------------SECCIÓN DE LA PROBETA

El alargamiento se calcula según ( Lf - Li ) 100 Alargamiento % = --------------------Li

Sean: Lf: Largo final Li: Largo inicial •

La deformación total se determina como:

•

unitaria se determina como :

Li: longitud inicial

δ = Lf - Li

( Lf - Li ) = ------------Li

Deformación unitaria

Lf. longitud final •

El modulo de elasticidad o modulo de Young E se determina por :

E = σ/ También

•

= δ /Li

E = ( σ2 - σ1 ) /

2-

1

con σ ≤

σ

con σn ≤

σ

E

E

= esfuerzo en el límite elástico

= esfuerzo en el límite elástico

El ensayo de tracción se puede graficar directamente de la maquina de ensayo o bien se puede construir con los datos obtenidos del ensayo, a continuación se entregan diversos ensayos de tracción aplicados a diversos materiales.

DUREZA

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La dureza es una propiedad fundamental de los materiales y representa una propiedad comparativa, es decir que permite establecer que material es más duro o mas blando que otro, una forma sencilla de comprender lo anterior es pensar en la forma como se compara la dureza de dos materiales en la vida cotidiana, siempre se utilizará un material de mayor dureza como material de referencia, la forma como se realice la comparación da origen a varios tipos de dureza y estos son: • • • • • •

Dureza a la penetración Dureza a la deformación Dureza al rebote o choque Dureza al corte Dureza abrasiva Dureza de tensión

Dureza a la penetración Es la resistencia que ofrece un material a ser penetrado por otro más duro, es una medida de su estructura y plasticidad., Este ensayo es él más utilizado para los materiales utilizados en mecánica. Dureza a la deformación Es la resistencia que opone un material a ser deformado en forma plástica sin generar rotura en su estructura, este ensayo es importante para determinar la capacidad de (deformación) embutición de chapas metálicas. Dureza al rebote. Es la resistencia que ofrece un material al choque y que genera un rebote determinado según sus propiedades elásticas, este ensayo es muy utilizado para medir las propiedades elásticas en algunos aceros templados y en gomas y elastómeros naturales y artificiales Dureza al corte. Es la resistencia que ofrece un material al corte, típica situación que se genera en los procesos de arranque de viruta. Dureza abrasiva. Es la resistencia que ofrecen los materiales a desgastarse cuando están sujetos a movimientos relativos de deslizamientos relativos Dureza de tensión. Es la resistencia que ofrecen los materiales a romperse debido a una carga de tensión. (por tracción, flexión, cortadura, compresión)

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IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS DE DUREZA. La importancia de estos ensayos de dureza es que ellos permiten comparar los valores de dureza especificados para la adquisición de materiales, como para los tratamientos térmicos a que son sometidos algunos materiales y permitirán aceptar o rechazar un producto simi procesado o terminado. Esta aceptación o rechazo tienen validez legal que esta basada justamente en los valores de ensayos de dureza. ENSAYOS DE DUREZA DE PENETRACIÓN Y DEFORMACIÓN MÁS UTILIZADOS • • • • •

Ensayo de dureza BRINELL Ensayo de dureza ROCKWELL Ensayo de dureza VICKERS Ensayo de dureza KNOOP Ensayo de dureza SHORE

ENSAYO DE DUREZA BRINELL Consiste en imprimir en la probeta de ensayo (muestra) la marca de una esfera de acero de diámetro conocido (D), bajo la acción de una carga estática conocida (P) , midiendo después de realizado el ensayo el diámetro (d) dejado por la huella de la esfera sobre la probeta . El valor de la dureza Brinell se calcula como el cuociente entre la carga P aplicada y el área del casquete esférico de la huella dejada por la bola o esfera de acero sobre la muestra.

H.B = P / A kp/mm2

2P

H.B. = πD( D - √ (D2 - d 2)

PENETRADOR Y CARGA •

Los penetradores usados son bolas de acero templado de 5 y 10 [mm] de diámetro ( Normalizados)

•

También suelen emplearse bolas de 1,25 2,5 y 7 [mm] de diámetro, dependiendo del tamaño de la muestra

•

En el caso de materiales de alta dureza (sobre 500 H.B.) se usa una bola de carburo de Tungsteno.

•

Para fierro fundido y aceros se usa de preferencia una bola de acero de 10 [mm] de diámetro y cargas de 3000 [kp]. Con un tiempo de aplicación de la carga de 10 a 15 segundos (ensayo normal)

•

Para metales no ferrosos, se emplean bolas de 10 mm de diámetro y cargas de 500 kp durante 30 segundos.

•

Las cargas de ensayo de determinarán de modo que la esfera deje un diámetro de impresión o huella comprendida entre d = 0,25 D a 0,6 D

•

El resultado del ensayo de dureza BRINELL normal se expresa como H.B.= (valor obtenido)

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•

Ejemplo : H.B. = 450 [kp/mm2]. Indica que la dureza del material después del ensayo es de 450 cifras de dureza Brinell, determinada en un ensayo normal de dureza Brinell, es decir con penetrador esférico de acero de 10 [mm] de diámetro y 3000 [kp] de carga durante 10 a 15 segundos.

•

Para expresar el resultado de un ensayo de dureza Brinell distinto del normal, se debe indicar el diámetro de la bola , la carga aplicada y el tiempo de duración o exposición de la carga .

•

Ejemplo. H.B. 5/750/15 = 229 [kp/mm2] indica un ensayo especial con un penetrador de 5 [mm] de diámetro, una carga de 750 [kp] aplicados durante 15 segundos.

PRINCIPIO DEL ENSAYO BRINELL •

El principio de este ensayo esta basado en el hecho que con penetradores de diferentes tamaños se obtienen impresiones geométricas similares y que tienen sus diámetros proporcionales.

•

Esto significa que se obtienen iguales valores de dureza siempre que las cargas aplicadas sean también proporcionales al cuadrado del diámetro de la bola o penetrador.

•

Cualquier modificación se puede hacer en el diámetro de la bola y la carga aplicada, siempre que se mantenga la relación de carga y diámetros de penetradores, de este modo, la relación entre carga y diámetros es la siguiente: P = K D2

MATERIAL Aceros, fundiciones y aleaciones ferrosas

con

K = 30, 10, 5, 2,5 y 1

TIPO DE CARGA

( K en [kp/mm2])

CARGA "P" en kp DUREZA BRINELL D = 10 [mm] D =5 [mm] D =2,5 [mm]

30 D2

160 a 400

3000

750

187,5

Cobre duro, aleaciones de cobre y aleaciones de aluminio

10 D2

60 a120

1000

250

62,5

Cobre blando, aluminio y aleaciones de metales livianos

5 D2

20 a 60

500

125

31,25

Metales blandos, plomo, estaño y sus aleaciones

1 D2

20

100

25

6,25

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CONDICIONES DEL ENSAYO. •

La carga debe aplicarse perpendicularmente a la superficie de la probeta.

•

La aplicación de la carga debe ser incrementada en forma uniforme y lenta, exenta de vibraciones

•

La maquina debe permitir mantener una carga constante durante el tiempo especificado, se toleran variaciones de +/- 4 % del calor da carga especificado.

•

El dispositivo para medir la carga deberá indicar el valor con un error máximo del 1% del valor de la carga (+ o -)

•

La maquina debe estar provista de un soporte de probeta rígido.

•

La tolerancia en el diámetro de la esfera o bola (penetrador) es de 4 [μm]

•

La medición de la impresión debe realizarse con una resolución del +/- 0,25 % del diámetro de la esfera

•

El ensayo puede realizarse en probetas especiales o en el mismo producto terminado.

•

La superficie de la probeta o pieza debe estar limpia, pulida con lija fina a fin de facilitar la lectura de la impresión.

•

La distancia desde el centro de la huella al borde de la probeta debe ser de 2,5 veces el diámetro de la huella y 4 veces el diámetro de la huella su distancia entre centros.

•

El tiempo de aplicación de la carga es de 15 segundos para materiales ferrosos y de 30 segundos para materiales no ferrosos, como mínimo.

•

Los resultados de los ensayos se obtienen mediante el promedio aritmético de los resultados de al menos dos mediciones continuas.

•

Hasta las cifras 99.9 H.B., se expresan con décimas, sobre 100 H.B. se expresan en enteros.

•

El espesor de la probeta será por lo menos 8 veces la profundidad de penetración, en general el espesor mínimo en función de la carga y dureza se puede calcular por:

8P E mín. =

en [mm] π x D x H.B.

CAMPO DE APLICACIÓN DEL ENSAYO BRINELL El ensayo Brinell, produce una huella relativamente grande que impide su aplicación a chapas delgadas, metales plaqueados metales endurecidos superficialmente, y piezas en general que no admitan huellas sobre sus superficies. Sin embargo en materiales heterogéneos como son las fundiciones y aleaciones es un procedimiento de medición de la dureza muy conveniente por permitir obviar la influencia de los micro porosidades en la medición por otros procedimientos.

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RELACIÓN ENTRE LA DUREZA BRINELL Y LA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN La dureza Brinell es el único método de medición de dureza que permite conocer la resistencia a la tracción del material ensayado, mediante la aplicación de un factor "K" que es característico para cada tipo de material.

σB H.B. =

σB = K x H.B.

K MATERIAL Acero al carbono Acero aleado Cobre, latón Bronce laminado, metal blando para cojinetes Bronce fundido Aleaciones de aluminio, cobre y magnesio Aleaciones de aluminio y magnesio Aleaciones de magnesio Fundiciones de aluminio

FACTOR K 0,36 0,34 0,40 0,22 0,23 0,35 0,44 0,43 0,26

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ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL PRINCIPIO DEL ENSAYO. • •

Este ensayo esta basado en la dureza a la penetración al igual que el ensayo Brinell, pero se diferencian en el principio de medición. El ensayo Rockwell determina la dureza en función de la profundidad de penetración, cambiando el procedimiento que consiste en lo siguiente:

Primera fase: Aplicación de una carga inicial Po, el penetrador desciende la cota "a" del

material

La aplicación de la carga inicial en la primera fase tiene por finalidad lo siguiente. • • •

Eliminar cualquier influencia de la rugosidad de la superficie de la pieza, puesto que los penetradores son de tamaño pequeño Determinar el punto de partida de la medición de la penetración o descenso del penetrador Establecer por tanto la ubicación correcta del dial de lectura de la dureza, que en este ensayo no se calcula, sino que se determina por la lectura directa del dial indicador de la dureza. Po

a

P1

Po

Superficie de la probeta i

Po a' Z

H.R.

Punto de partida de la Medición (H.R. máximo) 100 para HRc 130 para HRb

Superficie de referencia Para la escala C ( H.R. = 0) Para la escala B (H.R. =30)

Segunda fase Aplicación de la carga principal P1, en este caso, el penetrador desciende hasta el nivel señalado por la cota" a' " medida con respecto al punto de partida de la medición. La aplicación de esta carga tiene por finalidad determinar la dureza de la probeta con una carga P1 de acuerdo a las condiciones predefinida en el tipo de ensayo Rockwell (ver cuadro con escalas de dureza Rockwell) Tercera fase Eliminar la carga P1, manteniendo la carga Po. La eliminación de la carga P1, permite al material recuperar su elasticidad, lo que generará una elevación del penetrador desde la cota "a' " a una cota " i ",como el dial indicador esta diseñado de forma de medir la profundidad diferencial, la lectura de la cifra del dial corresponde a la cifra de dureza Rockwell del tipo de ensayo Rockwell realizado. La dureza Rockwell HR. = Z - i con : Z = 100 para penetradores cónicos de diamante Z = 130 para penetrador esférico o de bola. i = Incremento de profundidad entre la aplicación de la carga P1 y su posterior retiro.

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Nota:

Cada indicación en el dial o valor de incremento de profundidad del penetrador equivale a una magnitud de 0,002 [mm] y representa una unidad de dureza.

TIPOS DE ENSAYOS ROCKWELL Y SUS ESCALAS Tipo Escala Tipo de de Rockwell penetrador ensayo

Carga previa [kp]

Carga total [kp]

Color y situación de la escala donde se hace la lectura

Materiales (aplicación)

A

Normal

10

60

Negro

Fuera

Aceros nitrurados, carburos metálicos, hojas de afeitar

D

Normal

10

100

Negro

Fuera

Aceros cementados

C

Normal

10

150

Negro

Fuera

B

Normal

10

100

Rojo

Dentro

E

Normal

10

100

Rojo

Dentro

Aceros duros con durezas superiores a 100HRb o 20 HRc Aceros al carbono recocidos con bajo contenido de carbono Metales blandos como antifricción

F

Normal

10

60

Rojo

Dentro

Bronce recocido

G

Normal

10

150

Rojo

Dentro

Bronces fosforosos y otros metales

Cónico de Diamante De 120[º] Bola de acero de 1,588[mm] Bola de hacer de 3,175 [mm] Bola de acero de 1,588[mm] Bola de acero de 1,588[mm]

Rango de validez del ensayo 60 -88

20-71 35-100

ENSAYO ROCKWELL PARA LAMINAS DELGADAS ( SUPERFICIAL) N -15

Superf.

N-30

Superf.

N-45

Superf.

T-15

Superf.

T-30

Superf.

T-45

Superf.

Cónico de Diamante De 120[º]

Bola de acero de 1,588[mm]

10

15

Negro

Fuera

Aceros nitrurados y cementados y htas de gran dureza

67 - 92

10

30

Negro

Fuera

Idem a 15-N

41 - 82

10

45

Negro

Fuera

Idem a 15-N

19 - 73

10

15

Rojo

Dentro

Bronces, latones y acero blando

72 - 98

10

30

Rojo

Dentro

Idem a 15-T

39 - 82

10

45

Rojo

Dentro

Idem a 15-T

7 - 72

CONDICIONES DEL ENSAYO. MAQUINAS DE ENSAYO La máquina de ensayo deberá cumplir con las siguientes condiciones: •

La carga debe aplicarse en forma perpendicular al la superficie de la probeta.

•

El aumento de la carga hasta su valor límite debe ser lento uniforme y libre de vibraciones.

•

La máquina de ensayo deberá permitir mantener la carga de trabajo constante durante el tiempo especificado, siendo la variación de dicha carga no mayor a un 1 %.

•

El dispositivo para medir la carga deberá indicar la carga con un error máximo de un 1 %

•

La máquina debe estar provista de un soporte rígido para la probeta o pieza.

TIPO DE PENETRADORES •

Para los ensayos de dureza Rockwell A, C y D el penetrador es cónico con punta de diamante.

•

El ángulo en el vértice del cono será de 120 [º] mas menos 0,5 [º]

•

El eje del penetrador no se desviará más de 0,5 [º] del eje del cono de diamante.

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•

La terminación del cono será en forma de casquete esférico, con un radio de 0,2 [mm] +/- 0,002[mm].

•

La punta del diamante estará libre de partículas y defectos superficiales y sólidamente montada en u soporte

, •

Para los ensayos Rockwell B, E, F, y G se usara un penetrador esférico de acero templado de superficie finamente pulida.

•

El diámetro de la esfera será de 1,588[mm] +/- 0,0035[mm] para los ensayos B, F y G

•

El diámetro de la esfera será de 3,175 [mm] +/- 0,005 [mm] para le ensayo Rockwell E

•

La dureza Vickers de las esferas no será inferior a HV = 900 [kp/mm2]

MESA O SOPORTE •

Deberá ser de acero con una dureza y rigidez suficiente para prevenir su deformación

•

Se encontrara fijado simétricamente debajo del penetrador

•

Para probetas planas se usara un soporte plano

•

Para barras, tubos y piezas huecas se emplearan soportes especiales de modo de asegurar su rigidez bajo la acción de las cargas de ensayo.

DISPOSITIVO DE MEDICIÓN DE LA DUREZA •

el dispositivo de medida indicara la profundidad de penetración en unidades de 0,002 [mm] con un error de +/- 0,001[mm]

•

cada división corresponderá a una unidad en la escala de dureza Rockwell

PROBETAS DE ENSAYO •

La superficie sobre la cual se realizará el ensayo deberá estar desprovista de cualquier capa o revestimientos superior a 0,002[mm] y deberá tener un grado de terminación superficial previo tal que permita la medición de la profundidad de la impresión con la precisión necesaria.

•

En su pulimento previo para realizar el ensayo, deberá evitarse modificaciones en la estructura del material por calentamiento.

•

Podrán ensayarse materiales con superficies curvas siempre que el radio de curvatura no sea inferior a 25[mm].Para ensayos en superficies curvas de radios inferiores a 25 [mm] se deberán establecer convenios especiales

•

El espesor de la probeta deberá ser por lo menos de ocho veces el incremento de la penetración ( e min.= 8 i )

NORMAS RELATIVAS AL ENSAYO •

La probeta se apoyará sobre el soporte de modo que se evite cualquier deslizamiento entre pieza y soporte durante el ensayo., debiendo ambas superficies estar limpias.

•

La distancia entre el centro de una impresión y el borde de la probeta, como también respecto del centro de otra impresión deberá ser de por lo menos 3 [mm]

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•

El penetrador se pondrá en contacto con la superficie lentamente y luego se aplicará gradual y perpendicularmente la carga inicial de 10 [kp]. ( con tolerancia +/- 0,2 [kp])

•

Luego se hará coincidir el cero de la escala del dispositivo de medida con la aguja indicadora de la profundidad de penetración y se aplicara gradualmente y sin sacudidas la carga adicional P1 durante un lapso de 3 a 6 segundos, las tolerancias de carga será de 0,9 [kp] para escala C, 0,65 [kp]. Para escala B

•

Después que la aguja indicadora de la profundidad se haya inmovilizado, se suprime la carga adicional, manteniendo la carga inicial Po

•

Luego se leerá en la escala correspondiente del dispositivo de lectura el valor del ensayo.

•

La cara opuesta del ensayo no deberá mostrar signos de haber sido afectada por la penetración del ensayo.

EXPRESION DE LOS RESULTADOS •

El resultado de un ensayo Rockwell será el promedio de por lo menos tres ensayos efectuados en puntos cercanos de la misma superficie de la probeta.

•

La dureza se leerá directamente en el dial indicador y su resultado se expresara en cifras de dureza Rockwell seguidas de la escala utilizada para el ensayo. Ejemplo Dureza H.R B = 42 o 42 HR B de dureza

CALIBRACION DE LA MAQUINA DE ENSAYO •

Toda máquina de ensayo deberá estar provista de una probeta tipo o patrón de calibración, la cual se utilizará para calibrar o verificar que la máquina esta en perfectas condiciones para realizar un ensayo.

•

Esta probeta tendrá un espesor mínimo de 4,8 mm

•

Para la verificación o calibración de la máquina se usará solo una de las superficies de la probeta de calibración, la cual deberá tener una superficie mínima de 26 cm2

•

La dureza de la probeta deberá estar certificada por un laboratorio oficial en 5 puntos de su superficies ( centro y cuatro esquinas) y el valor de estas mediciones no deberá tener variaciones mayores de una unidad para las escalas A y C y de dos cifras para la escala B

•

La probeta de calibración no deberá ser sometida a procesos de esmerilado, pulido etc. que afecten el valor de dureza certificado.

•

El valor de la dureza de la probeta de calibración no deberá apartarse en más de cinco unidades de la dureza de la pieza que se va ha ensayar

•

La precisión de la máquina se considerara aceptable si la variación de cinco ensayos sobre la probeta patrón se encuentran dentro de la tolerancia del valor de dureza de dicha probeta patrón.

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PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 1. Seleccionar la escala del ensayo a realizar según el tipo de material, lo que trae consigo la determinación del tipo de penetrador y de la carga a aplicar y concluye con el montaje del penetrador y la selección de la escala mediante el selector que posee la máquina. 2. Calibrar la máquina con la probeta patrón, según lo especificado en el punto calibración de la máquina. 3. Realizar las mediciones sobre las muestras o probetas a medir 4. Calcular el promedio de los valores obtenidos y obtener el resultado de la medición, el valor obtenido debe ser un número entero, aproximando el resultado al valor más próximo. 5. Verificar que la calibración de la máquina no se a perdido. •

Si la máquina no a perdido su calibración, esto validará todos las mediciones realizadas

•

Si la calibración se ha perdido, esto invalida todas las lecturas realizadas.

DESIGNACION DE LA DUREZA

50 H.R.c

cifra de dureza

tipo de dureza

escala